Balance (instrument) - Définition

La technique

Le fonctionnement

Il convient tout d'abord de comprendre la distinction entre poids et masse, grandeurs physiques fondamentalement différentes :

• la première est une force, c'est-à-dire une grandeur vectorielle définie par une grandeur scalaire (l'intensité de la force), par une direction (verticale pour le poids), par un sens (vers le centre de la Terre pour le poids) et par un point d'application (le centre de gravité G pour le poids)
• la deuxième est une grandeur scalaire définie par un nombre et par sa « dimension » physique.

Ces deux grandeurs sont liées par l'équation fondamentale de la dynamique (force = masse x accélération), qui dans le cas de la force-poids, s'écrit : poids = masse x accélération de la pesanteur (P = mg). On voit que la masse est une caractéristique intrinsèque de la matière, alors que le poids correspondant dépend du lieu où la mesure est effectuée, puisque g n'est pas une constante.

D'un point de vue scientifique, poids et masse ne doivent donc pas être confondus, même si, exprimés par le même nombre, ils peuvent l'être dans le langage courant.

La balance est un instrument de mesure basé sur les lois de la mécanique, elle fonctionne en réalisant l'équilibre entre deux forces qui peuvent être de natures différentes, mais dont au moins l'une est un poids. Il existe de fait deux types de balances :

• type 1 : si les deux forces sont des forces-poids, la balance mesure des masses ; l'accélération de la pesanteur qui agit sur chacune des masses est identique ; en comparant les deux poids, on compare donc les deux masses ;
• type 2 : si l'une des forces n'est pas un poids, mais une force d'un autre type (élastique par exemple), la balance mesure des poids ; on effectue bien la comparaison de deux forces.

Les balances de type 1 sont constituées d'un levier avec lequel on obtient l'équilibre entre les masses, par rapport au point d'appui. Ce sont les balances à deux plateaux, les balances romaines, …

Les balances de type 2 sont constituées d'un levier avec lequel on obtient l'équilibre entre les forces, par rapport au point d'appui. Ce sont les dynamomètres (dont les pesons), les balances pneumatiques, les balances électriques, …

Les qualités d'une « bonne » balance à plateaux

Une « bonne » balance doit être :

• juste, c'est-à-dire qu'elle reste horizontale lorsqu'on place des masses égales dans chacun des deux plateaux,
• sensible, c'est-à-dire que l'addition d'une masse petite détermine une inclinaison appréciable du fléau,
• fidèle, c'est-à-dire qu'elle fournit toujours la même indication pour le même objet à peser, quelle que soit la position de cet objet sur l'un des plateaux.

Amélioration des balances à fléau : la double pesée

Si les deux bras d'une balance sont de longueur inégale, la valeur de la pesée dépend du plateau sur lequel on place l'objet à peser. Pour rétablir la bonne valeur, il faut pratiquer une double pesée.

La balance à fléau, allégorie de la justice

La balance à fléau est une allégorie fréquemment utilisée pour représenter la justice. On la voit apparaître en Égypte antique ou l'on représente Anubis jugeant l'âme des morts en comparant le poids du cœur avec celui d'une plume. Puis, elle apparaît dans l'art religieux chrétien, la justice étant une des quatre vertus cardinales. Dans de nombreux pays, y compris laïques, on représente la justice comme une femme aveugle faisant pencher le fléau d'un côté avec son glaive.