Newton
Prenez dans la main une petite pomme d’une centaine de grammes. Votre paume la pousse vers le haut avec une force d’environ un newton. C’est exactement ce qu’il faut pour que la pomme ne tombe pas.
En 1687, Isaac Newton publie les « Principes mathématiques de la philosophie naturelle ». On y lit que le changement de mouvement est proportionnel à la force appliquée. On l’écrit aujourd’hui F = m·a. L’unité de force n’a reçu le nom de Newton qu’en 1948. Un newton accélère un kilogramme d’un mètre par seconde à chaque seconde.
| Notation | N |
| Par les unités de base | kg·m·s⁻² |
| Poids de 1 kg | 9,806 65 N à g normal · sur la Lune 1,62 N |
| Nommée | en l’honneur d’Isaac Newton · CGPM 1948, dans le SI depuis 1960 |
| Normes | ISO 80000-4 · Brochure SI, 9ᵉ éd. · ISO 376 (instruments de mesure de force) |
| Valeurs typiques | 1 nN — pointe d’un microscope à force atomique · 1 N — pomme de 102 g · 35 MN — poussée de Saturn V |
01 · Définition
Un kilogramme, un mètre et deux secondes
Un newton est la force qui communique à un corps de masse 1 kg une accélération de 1 m/s². Le newton n’a pas d’étalon propre. Il est construit à partir du kilogramme, du mètre et de la seconde, et il est aussi précis qu’eux.
Le poids est aussi une force. C’est la force avec laquelle un corps appuie sur son support. Sur Terre, un kilogramme pèse environ 9,8 N, sur la Lune six fois moins, tandis que la masse reste la même. C’est pourquoi un peson affiche un autre nombre sur la Lune, et une balance à fléau le même.
Combien de sable pèse un newton
Le plateau contient juste assez de sable pour que le ressort indique 1 N. Plus la pesanteur est faible, plus il faut de sable. La hauteur du tas est la masse du sable, le trait bleu le repère 1 N de l’échelle. Il est le même sur tous les astres.
L’acheteur veut savoir combien de matière contient le paquet, et c’est la masse. Le poids dépend du lieu : à l’équateur, un paquet pèse un demi pour cent de moins qu’au pôle. Les balances du commerce mesurent une force, mais on les ajuste sur place avec des masses étalons. C’est pourquoi l’écran affiche des grammes.
Le même newton retient une charge et accélère un chariot
À gauche, un dynamomètre à ressort. La flèche rouge est le poids de l’objet, la bleue la force du ressort. Quand elles sont égales, la charge reste immobile. À droite, un chariot sur un rail. Une hélice à l’arrière le pousse avec une force constante, indiquée par la flèche bleue. Les points sur la bande sont marqués toutes les 0,1 s. Plus les points s’écartent, plus le chariot va vite. Le trait vert est l’arrivée à 1 m. L’astre change le poids de la charge et le frottement, mais pas la poussée de l’hélice.
Une pomme de 102 g pèse 1,00 N sur Terre. Le même newton accélère un chariot d’un kilogramme de 1 m/s² à chaque seconde.
02 · Conversion
| Unité | Valeur | Où on le rencontre |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
Le kilogramme-force est le poids d’un kilogramme à g normal. Il vaut exactement 9,806 65 newtons.
La dyne du système CGS est cent mille fois plus petite que le newton. Elle accélère un gramme de 1 cm/s².
Aux États-Unis, la poussée des réacteurs s’exprime encore en lbf : 100 000 lbf font 445 kN.
03 · Ordres de grandeur
04 · Instruments de mesure
05 · Règles d’écriture
06 · Unités voisines
07 · Section historique
La chute libre est trop rapide pour être chronométrée au pendule. En 1784, George Atwood suspendit deux masses presque égales de part et d’autre d’une poulie. Le petit excédent entraîne le système lentement, et l’accélération se mesure en secondes. Ce fut la première vérification sur table de la deuxième loi de Newton.
Le newton repose sur le kilogramme. Depuis 2019, le kilogramme est défini par la constante de Planck, et la force peut se réaliser sans masses étalons : dans la balance de Kibble, le poids est équilibré par une force électromagnétique. Les laboratoires nationaux réalisent les grandes forces avec des machines à masses suspendues jusqu’à 1 MN et étalonnent les instruments selon l’ISO 376.
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