Masse - Définition et Explications

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Masse et quantité de matière

Le Système international d'unités, continuellement amélioré depuis le XXe siècle, établit une distinction fondamentale entre la quantité de matière, mesurée en mole, et la masse, mesurée en kilogramme (Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse dans le Système international d’unités (SI).).

La masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse grave). Ces...) d'un corps est définie, par Newton, comme une mesure de la quantité de matière (La quantité de matière est une grandeur de comptage d'entités chimiques ou physiques élémentaires. L'unité qui lui correspond est la mole.) de ce corps. Vers 1785, Antoine Lavoisier (Antoine Lavoisier, né Antoine Laurent de Lavoisier le 26 août 1743 à Paris et guillotiné le 8 mai 1794 à Paris, est un chimiste, philosophe et économiste français. Il a énoncé la première...) mis en évidence la loi de conservation de la masse (Avant de découvrir que la masse est une des formes de l'énergie, les lois de la physique et de la chimie avaient comme principe la conservation de la masse.) d'un système fermé « quelles que soient les transformations physicochimiques dont il peut être le siège ». Cette loi, qui se révéla approximative, confirmait la définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) de la masse et permit de s'en servir comme constante dans les transformations chimiques (d'où la classification des éléments chimiques en fonction de leur masse atomique (La masse atomique (ou masse molaire atomique) d'un isotope d'un élément chimique est la masse relative d'un atome de cet isotope ; la comparaison est faite avec le carbone 12 dont la masse atomique est fixée à 12 unités. La masse...) dans le tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :) de Mendeleiev) et fut un élément de mesure permettant, entre autres, de mettre en évidence l'existence des atomes.

La relativité restreinte (La relativité restreinte est la théorie formelle élaborée par Albert Einstein en 1905 en vue de tirer toutes les conséquences physiques de la relativité galiléenne et du principe que la vitesse de la...) et la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) atomique révèlent que masse et quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...) de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide,...) sont deux quantités qui ne sont pas exactement proportionnelles (donc que la masse n'est pas extensive) ; bien que pour une substance inerte (Inerte est l'état de faire peu ou rien.) donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un événement, etc.) (le carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique...) par exemple), la masse est directement proportionnelle à la quantité de matière : dix grammes de carbone contiennent bel (Nommé en l’honneur de l'inventeur Alexandre Graham Bell, le bel est unité de mesure logarithmique du rapport entre deux puissances, connue pour exprimer la puissance du son. Grandeur sans dimension...) et bien dix fois plus de matière qu'un seul gramme (Le gramme est une unité de masse du Système international (l'unité de base est le kilogramme) et du système CGS. L'abréviation du gramme est g.) de carbone.

Exemple de distinction

Une mole d'atomes de carbone 12 et trois moles d'atomes d'hélium 4 contiennent le même nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de protons, de neutrons et d'électrons, soit 6 moles de protons, 6 moles de neutrons et 6 moles d'électrons. Or il se trouve que la masse d'une mole de carbone 12 vaut exactement 12 grammes (par définition même du nombre d'Avogadro) alors que la masse de trois moles d'hélium 4 vaut 3 x 4,0026 = 12,0078 grammes. Cela revient à dire qu'à l'échelle atomique, un atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps...) de carbone 12 a une masse légèrement inférieure à celle de trois atomes d'Hélium 4, bien que l'on ait affaire dans un cas comme dans l'autre à 6 protons, 6 neutrons et 6 électrons. Puisque des quantités parfaitement identiques de protons, de neutrons et d'électrons peuvent avoir des masses différentes selon le type d'atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple...) auquel ils appartiennent, il s'ensuit qu'on ne peut pas assimiler tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) simplement la masse à la quantité de matière.

Dans cet exemple, la différence de masse observée s'explique par la différence entre les énergies de liaison nucléaire (La liaison nucléaire est le phénomène qui assure la cohésion d'un noyau atomique.) de l'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il ouvre la série des gaz nobles dans le tableau périodique des...) et du carbone : si la masse est comprise comme une forme de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) contenue dans la matière, on conçoit que des liaisons atomiques différentes utilisent des quantités différentes d'énergie et en laissent plus ou moins sous la forme de masse. Que la masse soit considérée comme une forme de l'énergie contenue dans la matière, vient de la fameuse formule E=m\times c^2.

Mesure de la masse

La mesure de la masse s'appelle le pesage, bien que ce terme provienne du mot « poids ».

La seule manière de mesurer directement une masse consiste à la comparer à une autre masse ; c'est le principe des balances.

On peut aussi estimer la masse à partir du poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre....), c'est-à-dire que l'on mesure la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force...) qu'exerce l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une...) à peser ; le dispositif est en fait un dynamomètre (Un dynamomètre est un appareil de mesure des forces utilisant généralement un ressort dont on connaît le coefficient d'élasticité. Voir peson son nom traditionnel. Son unité est le Newton). C'est le cas le plus courant des pèse-personne (Le pèse-personne (mot invariable) est un type de balance destiné à mesurer la masse d'une personne debout, immobile sur un plateau. Les pèse-personne modernes sont en réalité des...) et des balances électroniques.

On peut aussi estimer une masse par la perturbation du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) qu'elle induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la...). Cette mesure par gravimétrie n'est utilisable que pour les objets extrêmement lourds et est utilisée en géologie (La géologie, du grec ancien γη- (gê-, « terre ») et λογος (logos, « parole »,...) pour estimer la taille d'une formation rocheuse, ainsi qu'en archéologie.

Remarques

Il faut se rappeler que la livre, en France, n'avait pas la même valeur sur tout le territoire : la provençale, la parisienne ou encore la bretonne n'avaient pas tout à fait la même valeur et aujourd'hui encore, la livre tout comme le gallon n'ont pas la même valeur aux États-Unis et au Royaume-Uni

Beaucoup de marchandises se vendaient au volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.), par boisseaux ou encore par barils, soit 18 boisseaux (235 litres) — différent du baril pétrolier (Un pétrolier est un navire citerne servant à transporter le pétrole ainsi que ses dérivés (essence). Pour le transport d'autres liquides, les navires...) qui ne fait que 158,98 litres.

Dans l'Union européenne, de nombreuses masses (et volumes) sur les produits de consommation sont indiquées en quantité estimée (La quantité estimée est une notion, introduite par des directives de la CEE, concernant l'harmonisation (rapprochement des législations) et le marquage des...). Ils sont marqués comme tel, d'un « e » minuscule.

Le kilogramme est l'unité de masse et non de poids.

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