Newtons en livres-force : la conversion qui a coûté un orbiteur martien
Ce que fait cette conversion
Une livre-force est la poussée qu'exerce une livre de masse sous la gravité standard, et c'est encore l'unité des plans de structure, des câbles et des fiches techniques de moteurs-fusées américains et britanniques. Un premier étage annoncé à 7 600 000 newtons est une machine de 1,7 million de livres-force pour les ingénieurs qui ont dessiné sa tuyère. Multiplier par 0,2248 produit le chiffre que cette équipe s'attend à lire, sans modifier la force physique d'un seul gramme.
Une unité gravitationnelle dans un monde absolu
La livre-force se définit comme le poids d'une livre avoirdupois sous la gravité standard, ce qui la fixe à 4,44822 newtons. Elle est donc commode pour tout ce qui se pèse ou se soulève sur Terre, et un peu gênante partout ailleurs : le même objet ne tire plus qu'au sixième sur la Lune. Un chiffre en newtons voyage ; un chiffre en livres-force reste attaché à la surface où on l'a relevé.
Tableau de conversion newtons en livres-force
Des forces qui apparaissent sur de vrais plans et de vraies fiches techniques, d'une poignée de main ferme jusqu'à un propulseur. C'est dans les lignes du haut qu'une confusion d'unités cesse d'être un arrondi pour devenir un échec de mission.
| Newton (N) | Livre-force (lbf) |
|---|---|
| 1 | 0.2248089431 |
| 10 | 2.248089431 |
| 100 | 22.48089431 |
| 500 | 112.40447155 |
| 1000 | 224.8089431 |
| 9806.65 | 2204.62262185 |
| 10000 | 2248.089431 |
Pourquoi l'orbiteur martien de 1999 a été perdu
La sonde Mars Climate Orbiter s'est désintégrée dans l'atmosphère en septembre 1999 parce que deux équipes utilisaient deux unités différentes. Le constructeur fournissait l'impulsion des propulseurs en livres-force-secondes ; l'équipe de navigation lisait ces nombres comme des newtons-secondes. Chaque correction de trajectoire était donc environ 4,45 fois plus forte que prévu, et une orbite destinée à frôler la planète est entrée dedans. La mission a coûté environ 125 millions de dollars, et l'erreur était arithmétique, pas technique.
Vérifiez dans quel sens va le facteur
Les deux facteurs s'inversent facilement dans la mémoire. Des newtons vers les livres-force, le nombre diminue, car la livre-force est l'unité la plus grande ; dans l'autre sens il augmente, d'un facteur 4,44822. Si une charge de 100 newtons vient de devenir 448 livres-force, la division s'est faite à l'envers et le résultat est environ vingt fois trop grand.
Questions fréquentes
Que valent 100 newtons en livres-force ?
Cela fait 22,48 livres-force. Multipliez 100 par 0,2248 et vous obtenez directement 22,48. Une poussée de cette taille correspond à peu près au poids d'une enclume de 10 kilogrammes posée sur un établi, et à un cinquième de ce qu'un adulte robuste soulève à deux mains.
Comment une erreur d'unité a-t-elle détruit une sonde spatiale ?
L'orbiteur embarquait des propulseurs dont l'impulsion était fournie en livres-force-secondes, alors que le logiciel de vol qui consommait ce chiffre attendait des newtons-secondes. Les deux diffèrent d'un facteur 4,45 : chaque poussée reçue par la sonde était plusieurs fois plus forte que ne le croyaient les navigateurs. Elle est entrée dans l'atmosphère martienne à la mauvaise altitude et y a été détruite.
La livre-force est-elle la même chose que les livres affichées par une balance ?
Une balance graduée en livres affiche des livres-force, car un ressort ou une jauge de contrainte mesure une poussée et non une quantité de matière. La livre qu'elle annonce est la force exercée par une livre de masse sous la gravité terrestre. Sur la Lune, le même instrument indiquerait environ un sixième de cette valeur, et c'est pourquoi les balances de laboratoire sont conçues pour comparer des masses.
Combien de newtons vaut une livre-force ?
Exactement 4,4482216152605, une valeur fixée par la livre internationale et par la gravité standard. En pratique les ingénieurs écrivent 4,4482 ou simplement 4,45, et l'écart ne se voit que sur de très grosses charges. Une tension de câble de 1 000 livres-force vaut 4 448,22 newtons.
Quelles industries spécifient encore des charges en livres-force ?
L'aérospatiale et le génie civil aux États-Unis, ainsi que la plupart des normes américaines de pression, de couple et d'essais de matériaux. Un cylindre de béton est écrasé en livres-force, un câble de grue est certifié en livres-force, et un banc d'essai de moteur-fusée annonce sa poussée de la même façon. Les plans métriques des mêmes entreprises portent en général les deux valeurs côte à côte.