Une balance, du latin bis (2 fois) et lanx (plateau) est un instrument de mesure qui sert à évaluer des masses.
Pour effectuer cette mesure, on utilise des « poids », cette appellation est celle que l'on emploie dans le langage courant; en termes scientifiques, on utilise l'appellation « masses marquées ».
Les balances existent depuis l’Antiquité.
La balance nécessitant l’utilisation de poids, elle obligea à réglementer le pesage avec le plus grand soin.
Les balances ne sont devenues de véritables instruments de précision qu’au XIXe siècle.
Au XVIIe siècle, l’invention de Roberval révolutionne le pesage.
C’est la première fois que l’on a l’idée de poser les plateaux au-dessus du fléau et non plus en dessous.
Au XVIIIe siècle, Lavoisier perfectionne la balance et les principes de pesage.
Il en généralise l’usage dans les laboratoires, après avoir conçu une balance très sensible.
La balance Roberval est perfectionnée par Béranger qui parvient à réduire les forces latérales et les frottements en utilisant des petits fléaux secondaires qui remplacent les tiges de force.
Au XXe siècle, les balances « Roberval » et « Béranger » sont sur tous les comptoirs des commerçants lorsqu'apparaît, à la fin du XIXe siècle, la «balance automatique» constituée d’un cadran gradué, circulaire ou en forme d’éventail où l’on peut directement lire la masse de l’objet pesé indiqué par une aiguille, et sans avoir à déplacer de poids manuellement.
Les dernières évolutions sont dues à l'électronique.
Dorénavant les balances électroniques affichent ou impriment directement la masse et bien souvent calculent même le prix correspondant.
Une « bonne » balance doit être juste, sensible, et fidèle.
Le fabricant de balances est un balancier
Historique Les balances existent depuis l’Antiquité.
La balance nécessitant l’utilisation de poids, elle obligea à réglementer le pesage avec le plus grand soin.
Les balances ne sont devenues de véritables instruments de précision qu’au XIXe siècle.
Antiquité Dans l’Antiquité, les fonctionnaires vérifiaient la justesse de la pesée des négociants et des commerçants à l’aide d’étalons de mesure.
Les premiers étalons, réalisés en cuivre ou en bronze, ont été réalisés en Asie et en Égypte avant l’invention de la monnaie.
Rome Plusieurs types d’instruments de pesage existaient déjà, les nôtres en sont les descendants.
La trutina était utilisée pour les grosses pesées, la moneta pour les petites.
La statera est la balance que nous appelons aujourd’hui balance romaine.
Elle permet d’utiliser un seul instrument pour effectuer des pesées.
La libra est l’unité de mesure (la livre) et correspond à la masse de la monnaie as, soit environ 327 g.
Cette masse se divise en 12 onces d’environ 27,29 g.
Moyen Âge Aucun nouveau type de balance n’apparaît, mais le mot « balance » prend sa place dans la langue française.
À la fin du XIIe siècle, Philippe-Auguste remplace l’unité de « poids » à l'époque, on ne distinguait pas encore masse et poids (la livre) par le marc, qui restera l’unité de masse jusqu’en 1795.
Le marc sera utilisé dans tous les pays d’Europe, mais malheureusement avec des valeurs différentes de masse.
En France le marc se divise en 8 onces, l’once en 8 gros, le gros en 3 deniers, le denier en 24 grains.
XVIe siècle C’est la période du développement des boîtes de pesage utilisées pour les petites pesées.
Ces petites boîtes en bois, d’environ 15 cm de longueur, contenaient une balance à bras égaux montée sur une colonne démontable, ainsi que ses poids.
Très répandues chez les commerçants, elles servaient à vérifier la masse des pièces d’or et d’argent en circulation. Les poids contenus dans ces boîtes étaient appelés « poids monétaires ».
Chacun de ces poids était ajusté sur la masse légale d’une monnaie déterminée et souvent à son effigie.
XVIIe siècle L’invention de Roberval (voir plus bas) révolutionne le pesage.
C’est la première fois que l’on a l’idée de poser les plateaux au-dessus du fléau et non plus en dessous.
XVIIIe siècle Lavoisier perfectionne la balance et les principes de pesage.
Il en généralise l’usage dans les laboratoires, après avoir conçu une balance très sensible (au milligramme près).
XIXe siècle Le système archaïque des poids et mesures propres à chaque ville ou à chaque région est remis en cause au moment de la Révolution française.
Les bienfaits du système métrique, mis en place en France en 1795 et rendu obligatoire le 1er janvier 1840 accompagné d’un étalon unique pour tout le pays, se répandent dans tous les pays progressivement.
Les formes des poids étalons sont par ailleurs réglementées :
Un modèle cylindrique surmonté d’une prise en cuivre
Un modèle hexagonal ou rectangulaire en fonte de fer, muni d’un anneau.
Les différents types de balance n’ont pas évolué depuis le XVIIe siècle.
Il faudra attendre les améliorations dues à Louis Poinsot en 1821 pour que la balance dite de Roberval se répande très largement.
Un arrêté ministériel autorise « l’admission, la vérification et le poinçonnage de la balance Roberval ».
La balance Roberval est perfectionnée par Béranger qui parvient à réduire les forces latérales et les frottements en utilisant des petits fléaux secondaires qui remplacent les tiges de force.
C’est également à cette époque qu’apparaît le pont-bascule qui permet, grâce au « levier compensé » inventé en Angleterre, de réaliser de grosses pesées sans utiliser de gros pesons.
XXe siècle Les balances « Roberval » et « Béranger » sont sur tous les comptoirs des commerçants lorsqu'apparaît, à la fin du XIXe siècle, la «balance automatique» constituée d’un cadran gradué, circulaire ou en forme d’éventail où l’on peut directement lire la masse de l’objet pesé indiqué par une aiguille, et sans avoir à déplacer de poids manuellement.
Les dernières évolutions sont dues à l'électronique.
Dorénavant les balances électroniques affichent ou impriment directement la masse et bien souvent calculent même le prix correspondant.
La technique Comment ça marche ?Il convient tout d'abord de comprendre la distinction entre poids et masse, grandeurs physiques fondamentalement différentes :
la première est une force, c'est-à-dire une grandeur vectorielle définie par une grandeur scalaire (l'intensité de la force), par une direction (verticale pour le poids), par un sens (vers le centre de la Terre pour le poids) et par un point d'application (le centre de gravité G pour le poids)
la deuxième est une grandeur scalaire définie par un nombre et par sa « dimension » physique.
Ces deux grandeurs sont liées par l'équation fondamentale de la dynamique (force = masse x accélération), qui dans le cas de la force-poids, s'écrit : poids = masse x accélération de la pesanteur (P = mg).
On voit que la masse est une caractéristique intrinsèque de la matière, alors que le poids correspondant dépend du lieu où la mesure est effectuée, puisque g n'est pas une constante.
D'un point de vue scientifique, poids et masse ne doivent donc pas être confondus, même si, exprimés par le même nombre, ils peuvent l'être dans le langage courant.
La balance est un instrument de mesure basé sur les lois de la mécanique, elle fonctionne en réalisant l'équilibre entre deux forces qui peuvent être de natures différentes, mais dont au moins l'une est un poids.
Il existe de fait deux types de balances :type 1 : si les deux forces sont des forces-poids, la balance mesure des masses ; l'accélération de la pesanteur qui agit sur chacune des masses est identique ; en comparant les deux poids, on compare donc les deux masses
type 2 : si l'une des forces n'est pas un poids, mais une force d'un autre type (élastique par exemple), la balance mesure des poids ; on effectue bien la comparaison de deux forces.
Les balances de type 1 sont constituées d'un levier avec lequel on obtient l'équilibre entre les masses, par rapport au point d'appui. Ce sont les balances à deux plateaux, les balances romaines, …
Les balances de type 2 sont constituées d'un levier avec lequel on obtient l'équilibre entre les forces, par rapport au point d'appui. Ce sont les dynamomètres (dont les pesons), les balances pneumatiques, les balances électriques, …
Les qualités d'une « bonne » balance Une « bonne » balance doit être :juste, c'est-à-dire qu'elle reste horizontale lorsqu'on place des masses égales dans chacun des deux plateaux,
sensible, c'est-à-dire que l'addition d'une masse petite détermine une inclinaison appréciable du fléau,
fidèle, c'est-à-dire qu'elle fournit toujours la même indication pour le même objet à peser, quelle que soit la position de cet objet sur l'un des plateaux.
Amélioration des balances à fléau : la double pesée Si les deux bras d'une balance sont de longueur inégale, la valeur de la pesée dépend du plateau sur lequel on place l'objet à peser.
Pour rétablir la bonne valeur, il faut pratiquer une double pesée.
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