Grandeur physique

On appelle grandeur physique, ou simplement grandeur, toute propriété de la science de la nature qui peut être mesurée ou calculée, et dont les différentes valeurs possibles s'expriment à l'aide d'un nombre réel quelconque ou d'un nombre complexe, souvent accompagné d'une unité de mesure.

On parle de grandeur physique algébrique (par référence à la mesure algébrique utilisée en géométrie), ou simplement grandeur algébrique, dans le deuxième cas (nombre réel quelconque), c'est-à-dire lorsque la grandeur peut prendre des valeurs négatives. Par exemple le temps et la longueur sont des grandeurs algébriques, alors que la masse et la fréquence n'en sont pas (elles ne peuvent pas être négatives).

La présence d'une unité de mesure n'est pas nécessaire, au sens strict, pour exprimer une grandeur physique. Ainsi, si la masse et la longueur sont des grandeurs qui s'expriment respectivement en kilogrammes et en mètres (ou en multiples ou sous-multiples de ces unités de base), par contre l'indice de réfraction d'un milieu conducteur de la lumière s'exprime à l'aide d'un nombre sans unité, du fait qu'il est défini comme quotient de deux grandeurs exprimées avec la même unité ; il en est de même pour les lignes trigonométriques usuelles (sinus, cosinus, tangente) d'un angle aigu dans un triangle rectangle. On parle dans ces cas de « grandeur sans dimension ».

Grandeurs par domaine d'utilisation

La possibilité d'arrêter des grandeurs à partir d'autres implique l'existence d'un point de départ, autrement dit de grandeurs de base. Ces grandeurs, ou plutôt leurs unités, sont souvent regroupées en systèmes d'unités en fonction de l'utilité de leurs relations et de leurs combinaisons.

Les grandeurs de base sont également étroitement liées à des domaines particuliers de la physique. Une tentative de classement en fonction de ces domaines est proposée ci-dessous.

Le système actuellement le plus répandu est le système international qui repose sur sept unités de base. Les grandeurs mentionnées ci-dessous sont décrites dans ce système international. Pour chaque grandeur est donnée sa dimension au sens de l'analyse dimensionnelle, ainsi que l'unité correspondante du SI.

La liste n'est pas exhaustive. L'incorporation de la grandeur « angle » dans les analyses dimensionnelles n'est pas générale. Les deux approches, avec ou sans incorporation, sont indiquées.

Espace-temps et cinématique

Grandeurs de base

• distance (d, mètre [m])
• temps (t, seconde [s])
• masse (m, kilogramme [kg])
• température (T, Kelvin)

Grandeurs dérivées

• superficie (L², mètre carré)
• volume (L³, mètre cube)
• angle (sans dimension ou de dimension 1, radian)
• angle solide (sans dimension ou de dimension 1, stéradian)
• fréquence (T^-1, hertz),
• vitesse (LT^-1, mètre par seconde)
• accélération (LT^-2, mètre par seconde carrée)
• vitesse angulaire (T^-1, radian par seconde)

Mécanique

Grandeur de base

• distance (d, mètre [m])
• temps (t, seconde [s])
• masse (m, kilogramme [kg])
• température (T, Kelvin)

Grandeurs dérivées

• pression (ML^-1T^-2, pascal)
• masse volumique (ML^-3, kilogramme par mètre cube)
• énergie (ML²T^-2, joule)
• quantité de mouvement (MLT^-1, kilogramme mètre par seconde)
• moment angulaire (ML²T^-1, kilogramme mètre carré par seconde par radian)
• puissance (ML²T^-3, watt)
• force (MLT^-2, newton)
• couple (mécanique) ML²T^-2, newton mètre par radian)
• action (physique) (ML²T^-1, joule seconde )

Thermodynamique et mécanique statistique

Grandeurs de base

• température (Θ, kelvin)
• quantité de matière (N, mole)

Grandeurs dérivées

• enthalpie (ML²T^-2, joule)
• entropie (ML²T^-2Θ^-1, joule par kelvin)

Electromagnétisme

Grandeur de base

• Courant électrique (I, ampère)

Grandeurs dérivées

• charge électrique (TI, coulomb)
• tension électrique (V^-, volt)
• densité de courant (L^-2I, ampère par mètre carré)
• potentiel électrique (ML²T^-3I^-1 , volt)
• champ électrique (MLT^-3I^-1, volt par mètre)
• champ magnétique (L^-1I, (H) sans unité)
• induction magnétique (MT^-2I^-1,(B) tesla)
• conductivité électrique (M^-1L^-3T³I², siemens par mètre)
• résistance et impédance (ML²T^-3I^-2, ohm)
• inductance (ML²T^-2I^-2, henry)
• admittance (M^-1L^-2T³I², siemens)
• capacité (M^-1L^-2T⁴I², farad)
• constante magnétique (M L T^-2I^-2, tesla mètre par ampère)
• permittivité (M^-1L^-3T⁴I², farad par mètre)
• mobilité d'un ion (M^-1T²I, seconde ampère par kilogramme)

Optique

Grandeur de base

• intensité lumineuse (J, candela)

Grandeur dérivée

• éclairement lumineux (L^-2J, lux)

Notes et références

Néant

Voir aussi

• Grandeur scalaire et grandeur vectorielle

Liens externes

• BIPM – Bureau International des Poids et Mesures
  • Brochure sur le SI (8^e édition)
  • [PDF] Le Système international d'unité, Bureau international des poids et mesures, 8^e édition, 2006.