(17) La Masse

    Cela introduit un autre concept, celui de la masse d'un objet - à peu prés définie comme la quantité de matière qu'il contient. Mais l'inertie est également proportionnelle à la masse de même que le poids , et ainsi ces deux notions sont liées. La différence est que l'inertie est une propriété inhérente à la matière, alors que le poids varie selon la pesanteur. Une personne pesant 120 kilogrammes sur terre n'en pèse que 40 sur Mars et 20 sur la lune.

    Même sur terre la pesanteur n'est pas partout identique! Newton savait déjà que sur terre le poids d'un objet était légèrement plus léger à l'équateur, en raison de la rotation de la terre. Il savait aussi qu'une horloge à poids ( utilisant la pesanteur ), précise en Angleterre, retardait après avoir été déplacée à l'équateur. Les horloges portatives, actionnées par un ressort oscillant dans les deux sens, n'ont pas ce problème. C' est cette variété d'horloge qui a été finalement adoptée, et s'est transformée en "chronomètres" précis ,avec lesquels les bateaux se repèrent (lisez la "longitude" de Dava Sobel).    

En fait, la manière la plus facile et la plus courante de mesurer la masse est la pesée, qui utilise la pesanteur. Pour équilibrer une balance, nous comparons le poids d'un objet inconnu à celui d'un ensemble de poids connus : Pour cette raison, la masse est habituellement mesurée en kilogrammes , mais se sont en fait des unités de poids. Dans l'équilibre de la " balance romaine ", ci dessus représentée, les poids de référence restent fixes, mais en les glissant à des distances différentes de l'axe, on obtient le même résultat.

La mesure de la masse dans une station spatiale

    En 1973 la NASA a mis en orbite la station spatiale Skylab, dont le programme expérimental comprenait une surveillance soigneuse de la santé de l'équipage. Un critère important était la masse corporelle des astronautes. Ici sur terre ,ce serait le "poids corporel" mesuré en pesant la personne . Cependant, les balances ne fonctionneraient pas dans une station spatiale. Elles utilisent la pesanteur, équilibrant sa force par rapport au corps de l'astronaute au moyen d'un ressort étalonné ou de quelques poids calibrés.

    Il est incorrect de dire que la pesanteur n'existe pas dans un vaisseau spatial en orbite (sinon le vaisseau spatial s'échapperait au loin, et ne retomberait jamais). En fait, dans l'environnement "g zéro" de la station spatiale, la pesanteur déplace la station sur son orbite, mais est annulée à l'intérieur de la station. Puisque l'orbite est courbe, la première loi n'est pas violée en exigeant de cette force de maintenir le mouvement.

Comment mesurer la masse dans la station ?

    On obtient une indication à partir d'horloges faisant fonction de chronomètres ; Les pendules utilisent la pesanteur, mais les montres-bracelets mécaniques fonctionnent par l'oscillation périodique d'une roue ,dans le sens des aiguilles d'une montre, puis dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, puis encore dans le sens des aiguilles d'une montre, sous l'action d'un ressort en spirale.. La pesanteur n'est pas impliquée. Les montres-bracelets électroniques modernes remplacent la roue par un cristal en quartz ,vibrant et agissant à peu près comme un diapason : le mouvement est beaucoup plus rapide, mais les montages électroniques analysent facilement les vibrations, qui sont très stables.

    La fréquence des oscillations de la roue, le nombre de mouvements aller et retour, dépend de l'inertie du système de rotation. Les astronautes à bord du "Skylab" utilisaient le même principe, mais avec un système plus simple, d'avant en arrière, plutôt que par rotation. Cela ressemble à un support sur lequel le siège pourrait glisser d'avant en arrière, contre des ressorts (voir le dessin ci-dessus).

    Puisque l'oscillation s'oppose à l'inertie, plus la masse est grande, plus le processus est lent, et en mesurant la fréquence de l'oscillation, on a une idée approchée de la masse du corps . Pour d'autres détails sur les mesures de masse à bord du "Skylab," voyez la prochaine section.

Lorand Eötvös

        Facultatif :

Masse par la gravité et masse par l'inertie

La masse d'un objet peut donc être mesurée (c'est-à-dire comparée à la masse d'un litre de l'eau) de deux manières différentes. Certains physiciens distinguent en conséquence la masse de gravité m _g de la masse d'inertie m _i. En utilisant balances et pesanteur locale, on détermine la masse par la gravité; ou, se passant de la pesanteur comme les astronautes à bord de Skylab, on mesure "la masse par l'inertie," et, en théorie, elles peuvent différer

On pourrait imaginer un univers où les deux masses ne soient pas proportionnelles (Et si elles le sont, le choix des unités peut les rendre égales). Dans certains univers, un fragment de fer pourrait peser environ 4 fois plus qu'un morceau d 'aluminium de même dimension et de même forme, mais n'avoir que deux fois son inertie. Les balances à 2 plateaux donneraient aux échantillons des poids dans le rapport 4:1, mais seulement un rapport de masse 2:1, avec des dispositifs analogues à ceux des sections qui suivent.

Bien sur, ce n'est pas le cas dans notre propre univers, et les deux masses sont toujours trouvées identiques. Vers 1900, le physicien hongrois Roland Eötvös (Lorand en Hongrie ; voir l'image) a comparé les deux masses, à l'aide d'instruments extrêmement sensibles. Il a conclu qu'elles étaient identiques, avec une exactitude de beaucoup de décimales, et que leur égalité est l'une des bases de la physique, particulièrement pour la théorie générale de la relativité. Il y a quelques années il a été suggéré qu'une petite différence existerait, en se basant sur de petites différences dans les résultats d'Eötvös, pour différentes substances (quoique les variations trouvées soient en deçà de la marge d'erreur). Ceci a conduit à la recherche d'une "5ème force", modifiant la pesanteur. Des mesures précises ont réfuté l'existence d'une telle force.