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balance

(latin populaire *bilancia, du latin classique bis, deux fois, et lanx, lancis, plateau)

Théorie de la balance
Théorie de la balance

Appareil qui sert à comparer des grandeurs, particulièrement des masses.

La balance ordinaire se compose essentiellement d'une barre métallique rigide appelée fléau, traversée perpendiculairement à sa longueur par trois prismes d'acier, les couteaux. L'arête du couteau C situé au milieu du fléau repose sur un plan horizontal d'agate ou d'acier, disposé à la partie supérieure d'une colonne verticale ; trois pieds à vis calantes permettent de régler l'horizontalité du plan. Les deux autres couteaux C1 et C2 sont disposés aux extrémités du fléau ; sur leurs arêtes sont accrochés deux plateaux dans lesquels on place les corps à peser ou les masses marquées. Une longue aiguille fixée au fléau se déplace devant une graduation fixée à la colonne. On appelle longueur des bras du fléau les distances l1 = CC1 et l2 = CC2 des arêtes. Les poids p1 et p2 des plateaux sont ajustés de manière que, lorsque ceux-ci sont vides, la balance revienne au zéro. La condition pour qu'il en soit ainsi est p1l1 = p2l2 (1). Si P1 et P2 représentent les poids des corps placés dans les plateaux, la condition pour que l'aiguille revienne au zéro est (P1 + p1)l1 = (P2 + p2)l2 (2) ; comparée avec (1), cette égalité devient P1l1 = P2l2. Dans les balances de précision, on s'efforce de réaliser l1 = l2. La balance permet d'apprécier si deux poids P1 et P2, et donc les masses M1 et M2 correspondantes, sont égaux.

Justesse

Une balance est juste quand, sous l'action de masses égales placées dans les plateaux, elle reprend sa position d'équilibre à vide. Pour cela, il est nécessaire que les bras du fléau soient égaux. On peut le vérifier en intervertissant le corps à peser et les masses marquées : l'équilibre doit être conservé. Une balance n'étant jamais parfaitement juste, on emploie, pour des mesures de précision, la méthode de double pesée.

Fidélité

Une balance est fidèle quand elle fournit les mêmes résultats pour une même pesée refaite plusieurs fois. Cela exige que le fléau soit rigide et les arêtes des couteaux exactement parallèles entre elles.

Précision

Pour avoir une pesée précise, il faut que l'on puisse repérer exactement la position de l'aiguille : on la munit d'une échelle micrométrique observée avec un viseur. Il faut aussi que, pour une surcharge donnée, la balance s'incline d'un angle assez grand. Cela dépend d'une caractéristique de la balance dite sensibilité, qui est d'autant plus grande que le fléau est léger et que son centre de gravité G est près de l'arête C, tout en restant en dessous pour que l'équilibre soit stable. Pour faciliter le maniement d'une balance très sensible, on utilise des cavaliers, petits fils métalliques, en forme de V renversé, que l'on place à cheval sur une des divisions dont est doté le fléau. Une balance de précision est toujours placée à l'intérieur d'une cage vitrée, qui la protège contre la poussière et les courants d'air. Elle permet de mesurer une masse de 100 g à 0,1 mg près.

Autres balances

La balance de Roberval est une balance commerciale possédant un fléau et un contre-fléau, ce qui permet aux plateaux de rester constamment horizontaux. La balance romaine est une balance à fléau dissymétrique. Le plus court bras de levier supporte à son extrémité le corps à peser et l'autre bras, gradué, porte un curseur assez lourd, que l'on déplace pour obtenir l'équilibre. Les balances automatiques exécutent l'opération de la pesée sans intervention humaine. Dans les premiers modèles mécaniques, l'aiguille se déplace et s'arrête devant un cadran gradué. Aujourd'hui, elles utilisent généralement un capteur de force ou de déformation (jauge de contrainte), l'affichage se faisant électroniquement. Elles assurent en outre l'enregistrement et l'impression de la valeur mesurée.

Appareils divers

On a donné, par analogie, le nom de « balance » à des appareils destinés à mesurer des forces très différentes de la pesanteur. La balance de torsion est fondée sur la torsion des fils (d'argent, de quartz, etc.), c'est-à-dire sur l'effort que fait, pour revenir sur lui-même, un fil tendu verticalement par un équipage que l'on fait tourner horizontalement. La balance électromagnétique est un appareil destiné à la mesure de la force de Laplace créée, sur un courant donné, par l'action d'un champ d'induction magnétique en l'équilibrant par le poids d'une masse marquée. L'appareil permet de mesurer soit le courant soit le champ d'induction.