Les Unités Mécaniques

Les
Unités
Mécaniques
par Thierry Thomasset
version complète : http://www.utc.fr/~tthomass/Themes/Unites
© octobre 2013

Sommaire
_____________________
les unités de vitesse 3
vitesse angulaire, fréquence de rotation 3
accélération 4
accélération angulaire 5
force 5
moment d'une force 6
travail, énergie, quantité de chaleur 6
puissance, flux énergétique, flux thermique 11
tension superficielle 13
intensité énergétique 13
contrainte et pression 14
viscosité dynamique ou viscosité 16
viscosité cinématique 18
mesure de dureté 20
résilience 21
raideur 21
débit ou flux 21
fluidité 22
perméabilité, perméance 23

______________________
Les unités mécaniques : 3
Vitesse
m
mètre par seconde
m/s
kilomètre par heure
km/h
1 000 / 3 600 m/s ou 0,277 m/s
nœud (international)
1 mille/h soit 0,514 444 m/s
utilisé en navigation maritime ou aérienne.
mach
340 m/s vitesse du son
utilisé en aéronautique. Concorde vole à Mach 2,05
étym. : vient du savant Ernst Mach (1838-1916).
unité Bubnoff
B
10-6 m / an, soit environ 3,2.10-14 m/s
utilisée en géologie pour mesurer les déplacements
des continents.
étym. : vient du géologue Serge von Bubnoff (1888-
1957).
anglo-saxonne
knot ou nud
kn
1 nmi/hr ou 5,147 73.10-1 m/s
admiraltyknot
6 080 ft/hr
mile per hour
mph
1 mi/hr ou 4,470.10-1 m/s
kine
1 cm/s
Vitesse angulaire, fréquence de rotation
m
radian par seconde
rad/s
tour par minute
tr/min
2π /60 rad/s ou 1,047 197.10-1 rad/s
tour par seconde
tr/s
2π rad/s ou 6,283 185 rad/s

______________________
Les unités mécaniques : 4
Accélération
m
mètre par seconde
carrée
m/s2
gn
9,806 65 m/s2
gn n'est pas une unité mais la constante d'accé-
lération due à la pesanteur terrestre souvent
arrondie à 9,81.
gal
Gal
10-2 m/s2
utilisé en géodésie et géophysique, valeur
approchée du millième de la pesanteur terrestre
(≈1 mgn).
étym. : vient du savant Galilée (1564-1642).
Notes...
L'attraction terrestre
La constante d'accélération gn due à la pesanteur terrestre a été fixée à 9,806 65 m/s2 lors de
la IIIe CGPM en 1901. C'est également au cours de cette conférence que les notions de masse
et poids ont été clarifiées, le poids P étant une grandeur de la même nature qu'une force,
défini par le produit de la masse m et de l'accélération terrestre gn.
P = m . gn
Cette valeur de 9,81 m/s2 est approximative pour plusieurs raisons :
- la terre n'est pas une sphère parfaite, les pôles sont légèrement aplatis ;
- le relief est tel qu'aucun point n'a la même altitude ;
- la composition du sol est variable en fonction du lieu ;
- la rotation terrestre ajoute une composante, la force centrifuge. Donc la pesanteur varie avec
la latitude.
Si la rotation terrestre était 17 fois plus rapide, la force de gravitation serait insuffisante pour maintenir sur
terre les habitants situés à l'équateur !
Cette variation est connue depuis l'époque de la Révolution Française.
En mars 1790, afin d'uniformiser les mesures, Talleyrand propose de
définir le mètre grâce à un pendule battant la seconde. Mars 1791, l'idée
est abandonnée, à cause de la variation de gn qui influence sa période
d'oscillation. Le mètre sera donc une barre étalon égale au 1/40 000 000 du méridien terrestre.
La résistance humaine
Le fait d'être soumis à une forte accélération ou décélération provoque des troubles de la
circulation sanguine au niveau du cerveau. Celui-ci manquera de sang dans le premier cas
(> 4,5 gn, voile noir) ou au contraire aura un afflux important (< -3 gn, voile rouge). Seuls des
hommes suffisamment entraînés ou ayant un équipement spécial supportent des valeurs
extrêmes.
Des valeurs très élevées d'accélération
peuvent être supportées à condition qu'elles
soient de très courte durée (25 gn, 0,25 s).
gn (m/s2)
lieux
9,832
9,809
9,780
pôles
Paris
équateur
accélération
décélération
programme Mercury
navette spatiale
avion de chasse
siège éjectable
6 gn
3
9
25
12 gn
2
3

______________________
Les unités mécaniques : 5
Accélération angulaire
radian par seconde
carrée
rad/s2
Force
newton
N
Force communicant à un corps ayant une masse de
1 kg, une accélération de 1 m/s2.
vers 1970, une tentative de franciser la pronon-
ciation en "neuton" échoua.
étym. : vient du savant anglais sir Isaac Newton
(1642-1727) découvreur des lois de la gravitation
universelle.
dyne
dyn
10-5 N
Force communicant à un corps ayant une masse de
1 g, une accélération de 1 cm/s2.
ancienne unité CGS
étym. : vient du grec dunamis, puissance, on le
retrouve dans dynamisme.
kilogramme-force
kgf
9,806 65 N
pond
p
9,806 65.10-3 N ou 1 gramme-force
on utilise plus souvent le kilopond (1 kgf)
étym. : vient du latin pondus, poids.
sthène
sn
103 N
étym. : vient du grec sthenos, force, robuste.
L'asthénie est un manque d'énergie.
anglo-saxonne
poundal
pdl
0,138 255 N
pound-force
lbf
4,448 22 N
long ton-force ou
UK ton-force
2 240 lbf ou 9 964,02 N
short ton-force ou
US ton-force
2 000 lbf ou 8 896,44 N
kip (kilopound)
1 000 lbf ou 4 448,22 N