La physique en questions (de Jean-Marc Lévy-Leblond)

... La masse de trois quarks pris individuellement, n'est pas égale à la masse d'un baryon contenant ces mêmes types de quarks : la masse du baryon résultant est égale à la somme des masses des trois quarks qui le constituent moins l'équivalent masse de l'énergie de liaison par la relation d'Einstein. C'est ainsi que les protons et les neutrons ont une masse (environ 940 MeV/c^2) bien différente de la somme des masses des quarks qui les composent (quark up et quark down) (d'environ 10 MeV/c^2). Dans cet exemple, la grande différence de masse indique que la force nucléaire entre les quarks est très grande : c'est l'interaction forte.

Sur le plan quantique, la masse se manifeste comme la différence entre la fréquence quantique d'une particule et son nombre d'onde. ...

... la masse m apparaît à présent comme une constante associée au quantum que décrit la fonction d'onde ψ associée à la particule. ...

Dans le modèle standard, un couplage des particules élémentaires au champ de Higgs permet alors d'expliquer l'origine de la masse de ces particules, une particule ayant fondamentalement une masse nulle par elle-même....

https://fr.wikipedia.org/wiki/Masse

...
On reprend ici l’exemple du proton : les quarks uud (les grosses boules bleues, vertes et rouges du schéma de gauche) sont maintenus confinés dans le proton comme s’ils étaient collés par de la glue : en fait ils interagissent entre eux au moyen d’échange de gluons (matérialisés ici par des petits ressorts en jaune).

Représentation du proton

Source - 2016 CERN / IPNL / CMS

Selon le principe d’incertitude de Heisenberg, ces gluons peuvent se matérialiser pendant un temps très bref en paires de quarks-anti quarks (qui peuvent être autres que u ou d) qui se recombinent en gluons etc.
...
https://culturesciencesphysique.ens-lyon.fr/ressource/particules-elementaires-Ille-4.xml

Réponse concernant le jouet cadeau d'Einstein :

Il existe des satellites, dits "synchrones", dont la période de rotation autour de la Terre est égale à celle de la rotation de la Terre sur elle-même, soit 24 heures. Ils sont utilisés comme répéteurs de télécommunication.

Est-il possible de lancer un satellite de ce type, de telle manière qu'il semble fixé sur la verticale d'un certain point du globe, Paris par exemple ?

Spoiler:

Spoiler:

Spoiler, pour de vrai, à cause de la définition :

Spoiler:

Réponse concernant le satellite au-dessus de Paris (ou pas)  :

Zazie tombe du cerisier où elle était en train de marauder. La force exercée sur son corps par le sol quand elle le heurte...

a) est égale à son poids ;
b) ne dépend que de la hauteur de chute ;
c) dépend de la nature du sol ;
d) ne dépend que de la vitesse d'arrivée au sol ;
e) dépend de la position de son corps lors du choc ;
f) dépend de la durée du choc.

Ces énoncés sont-ils vrais ou faux ?

Spoiler:

Spoiler:

Réponse concernant la chute de Zazie du cerisier :

Marius et Oliver jouent à la pétanque. Oliver soupçonne Marius d'utiliser des boules truquées, ayant même poids et même diamètre qu'une boule réglementaire, mais renfermant une cavité centrale concentrique contenant du mercure.

Oliver compare les boules en les faisant rouler le long d'un plan incliné. Est-ce une bonne méthode de vérification, et, si oui, une boule truquée roulera-t-elle plus vite ou plus lentement qu'une boule régulière ?

Topsy Turvy a écrit:Ah ah, en effet...

Et donc, je n'ai pas précisé ci-dessus, mais plein de trucs flottent sur le mercure, y compris un homme. L'humain est à la limite de flottaison par rapport à l'eau, dont il a quasi la même densité (et dont il déplace donc quasi son propre volume en faisant la planche en surface), un humain flotte donc sur le mercure en n'en déplaçant qu'un relativement petit volume, à cause de la poussée d'Archimède. Tout corps plongé dans un fluide au repos, entièrement mouillé par celui-ci ou traversant sa surface libre, subit une force verticale, dirigée de bas en haut et égale (et opposée) au poids du volume de fluide déplacé. https://fr.wikipedia.org/wiki/Poussée_d'Archimède masse volumique du mercure : ~1'360 kg/m^3 masse volumique de l'homme : ~1'000 kg/m^3 masse volumique de l'eau liquide : ~1'000 kg/m^3 Mais ce genre de conneries ne passe plus, le mercure est beaucoup trop (éco-)toxique, quelle que soit sa dose, sous toutes ses formes organiques et pour tous ses états chimiques. https://fr.wikipedia.org/wiki/Mercure_(chimie)

Réponse concernant le test de boule de pétanque truquée ou pas :

En raison de l'aplatissement de la Terre aux pôles, l'embouchure du Mississippi (environ 29° de latitude Nord) est à environ 20 km plus loin du centre de la Terre que sa source (environ 48° de latitude Nord).

Comment le fleuve peut-il ainsi 'couler vers le haut', en s’éloignant du centre de la Terre ?

Spoiler:

Spoiler:

On sait que les insectes (sauterelles, puces, etc.) peuvent faire des bonds de plusieurs dizaines de centimètres, soit d'un ordre de grandeur comparable aux hauteurs atteintes par les chats, les chiens, ou même des hommes.

Est-ce que cela nécessite que les mécanismes physiologiques soient très différents et bien plus efficaces chez les insectes que chez les mammifères ?

A la pétanque, on appelle « carreau » une collision de plein fouet au cours de laquelle la boule tirée s'arrête net en heurtant la boule cible, qu'elle éjecte en lui donnant toute son énergie.

Est-il possible, avec une boule ordinaire, de faire un carreau sur le cochonnet ?

Pour le carreau:

Spoiler:

Réponse concernant le carreau sur cochonnet ou pas :

Dans Les Premiers Hommes sur la Lune, H.G. Wells attribue la possibilité du voyage à l'invention de la « Cavorite », une substance « opaque à la gravitation », ce que l'auteur justifie ainsi :

…presque toutes les substances sont opaques à une forme ou une autre d'énergie rayonnante. Le verre, par exemple, est transparent à la lumière, mais beaucoup moins à la chaleur, de sorte qu'il est utile comme pare-feu ; et l'alun [un sel, sulfate d'aluminium et de potassium] est transparent à la lumière, mais bloque complètement la chaleur. Une solution d'iode dans du bisulfure de carbone [CS2, un solvant très toxique, utilisé en chimie pour dissoudre de nombreux composants organiques (notamment les résines, les cires et le caoutchouc)], en revanche, bloque complètement la lumière, mais est tout à fait transparente à la chaleur. Elle vous cachera un feu, mais permettra à toute sa chaleur de vous atteindre. Les métaux ne sont pas seulement opaques à la lumière et à la chaleur, mais aussi à l'énergie électrique, qui traverse à la fois la solution d'iode et le verre presque comme s'ils n'étaient pas interposés. Et ainsi de suite.

Or, toutes les substances connues sont "transparentes" à la gravitation. Vous pouvez utiliser des écrans de toutes sortes pour couper la lumière ou la chaleur, ou l'influence électrique du soleil … ; vous pouvez protéger des objets par des feuilles de métal des rayons de Marconi, mais rien ne coupera l'attraction gravitationnelle du soleil ou l'attraction gravitationnelle de la terre. Et pourtant, on voit mal pourquoi une telle substance ne pourrait exister. …

L'existence d'une substance opaque à la gravitation est-elle compatible avec la théorie newtonienne [autrement dit, avec la physique mécanique classique] ? Y a-t-il une différence avec le cas de l'électricité, où un simple écran métallique protège les objets d'un champ électrique extérieur ?

Spoiler:

Pour le carreau:

...
En définitive, il s'agit d'essayer d'obliger l'élève (et le professeur !) à penser, en supprimant le recours automatique aux « équations ». Ce qui ne veut pas dire que les lois physiques traduites par ces équations soient inutiles pour répondre à ces questions, bien au contraire, dans la mesure où nombre de réponses vont à l'encontre du « sens commun », ou lui sont étrangères. Mais les lois à utiliser traduisent des relations entre concepts suffisamment simples (dépendance proportionnelle, inversement proportionnel, indépendance, etc.) pour pouvoir, et devoir, être mises en oeuvre sans qu'il soit besoin de « résoudre les équations » - même s'il est parfois (mais rarement) utile de les écrire.
...

Réponse concernant le Mississippi qui coule vers le haut ou pas :

Réponse concernant les électrons libres qui tombent ou pas dans un métal :

...
un champ électrique externe provoque la répartition des charges électriques dans le matériau conducteur de la cage de sorte qu'elles annulent l'effet du champ à l'intérieur de la cage.
...
Les cages de Faraday ne peuvent pas bloquer les champs magnétiques stables ou variant lentement, tels que le champ magnétique terrestre (une boussole fonctionnera toujours à l'intérieur).
...
https://fr.wikipedia.org/wiki/Cage_de_Faraday

Un écran opaque au champ électrique (analogue à un écran opaque à la lumière) et laissant derrière lui une zone dépourvue de champ est-il concevable ?

Non, pour plusieurs raisons :

1. la conservation de la charge serait violée ; en effet, il suffirait d’enferrmer une charge électrique dans une boîte faite de ce matériau pour que ses effets disparaissent à l'extérieur ;
2. le théorème de Gauss serait violé, car le flux du champ électrique dépendrait de la position de la surface … ;
3. une des équations fondamentales de l'électrostatique, rot E = 0, ne serait pas vérifiée ; en effet la circulation du champ le long d'une courbe fermée située à la fois dans le champ et hors du champ, ne serait pas nulle.
4. enfin, l'énergie ne serait pas conservée comme conséquence indirecte de 3.

La masse de la Terre est environ 80 = ~9^2 fois supérieure à celle de la Lune. En un certain point, appelé "point neutre" situé entre la Terre et la Lune, à 9/10 de leur distance à partir de la Terre, les forces gravitationnelles des deux corps se compensent exactement.

a) Est-il vrai qu'un corps, laissé immobile à ce point, « y resterait pour toujours, comme le prétendu tombeau de Mahomet entre le zénith et le nadir » (Jules Verne, dans Autour de la Lune) ?

b) Discutez l'existence et la position des points d'équilibre de l'axe Terre-Lune, et la nature de l'équilibre (stable ou non).

Caption: The Earth-Moon distance to scale. Credit: NASA/JPL-Caltech


The other seven major planets could just fit into the space between Earth and its moon. Credit: NASA/JPL-Caltech

https://solarsystem.nasa.gov/news/1946/five-things-to-know-about-the-moon/

Spoiler:

Spoiler:

Une plate-forme de taille réduite est libre de se mouvoir autour d'un axe vertical situé à quelque distance. Un singe occupe la plate-forme. Symétriquement par rapport à l'axe, on suspend une banane. Sans quitter la plate-forme, ni toucher l’axe, le singe peut-il atteindre la banane ?

Est-ce a priori plus, moins ou aussi dangereux d'avoir un accident de voiture en percutant à 100 km/h une autre voiture immobile, qu’à 50 km/h une voiture qui roule à 50 km/h en sens inverse ?

Réponse concernant l'écran gravitationnel ou pas :

Réponse concernant l'équilibre au point neutre ou pas :

Réponse concernant le singe à distance de la banane, bloqué ou pas :

Topsy Turvy a écrit:

Est-ce a priori plus, moins ou aussi dangereux d'avoir un accident de voiture en percutant à 100 km/h une autre voiture immobile, qu’à 50 km/h une voiture qui roule à 50 km/h en sens inverse ?

Je triche, j'avais déjà réfléchi au sujet:

Réponse concernant la dangerosité à 100 contre 0 plutôt que 50 contre 50 km/h :

Guignol veut bâtonner Gnafron, sans se faire mal. Il se demande quel point, le long du bâton, doit rencontrer la tête de Gnafron pour minimiser la réaction sur sa propre main. On suppose le bâton tenu à l'une de ses extrémités, et on néglige sa masse.

a) Quelle est la direction de la réaction sur la main de Guignol s'il frappe la tête de Gnafron avec le milieu du bâton ?

b) Même question si le coup est porté avec le bout du bâton.

c) Y a-t-il sur le bâton un point où l'impact ne provoque aucune réaction sur la main de Guignol ?

On considère les coups de bâtons donnés de haut en bas :

Vous entrez dans l'ascenseur, une valise à la main.  La valise vous paraît-elle plus lourde, moins lourde ou aussi lourde lorsque l'ascenseur : a) commence à monter ? b) commencer à descendre ? c) monte à vitesse constante ? d) ralentit en descendant ? Que devient l'énergie potentielle perdue par un ascenseur lorsqu'il redescend du septième étage au rez-de-chaussée ?

Réponse concernant les coups de bâton de Guignol sur Gnafron :

L'ascenceur:

Réponses concernant les ascenseurs :