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

câlin a écrit:Laurel et Hardy sont en été et viennent de finir le dernier pot de glace à la vanille. Il fait trop chaud. Hardy a alors une idée de génie : pourquoi ne pas ouvrir la porte du congélateur, pour refroidir la pièce ? Cela va-t-il fonctionner ?

Spoiler:

câlin a écrit:'.../...)pourquoi ne pas ouvrir la porte du congélateur, pour refroidir la pièce ? Cela va-t-il fonctionner ?[/justify]

câlin a écrit:Pour l'histoire du frigo oui en régime stationnaire le frigo réchauffe la pièce ^^ les calories sont transférées du frigo dans la pièce, avec un peu de perte donc au global ça chauffe. Bravo Roro et Toto.

persntm 2 a écrit:

câlin a écrit:Laurel et Hardy sont en été et viennent de finir le dernier pot de glace à la vanille. Il fait trop chaud. Hardy a alors une idée de génie : pourquoi ne pas ouvrir la porte du congélateur, pour refroidir la pièce ? Cela va-t-il fonctionner ?

Spoiler:

RonaldMcDonald a écrit:

câlin a écrit:'.../...)pourquoi ne pas ouvrir la porte du congélateur, pour refroidir la pièce ? Cela va-t-il fonctionner ?

Non. Au contraire. La décompression adiabatique qui refroidit l'air qui va dans le frigo dégage plus de chaleur à l'extérieur. Dégagée par le radiateur à l'arrière. Et comme aucune système mécanique n'a un rendement de 100%, il y a plus de déperdition de chaleur que de création de froid. Donc ça va réchauffer.

Réponse échelle du livre de Lévy-Leblond:

Celui qui précède, plus longuet mais avec illustration de la situation :

...
Le paradoxe du Soleil froid
... Actuellement, le flux géothermique moyen est de 0,09 W/m², ce qui correspond à une puissance totale dissipée par la Terre de 46,3 térawatts. C’est cependant très peu en comparaison de la puissance que notre planète reçoit du Soleil. Ce nombre, appelé la constante solaire, vaut actuellement 1 368 W/m². Plus précisément, il s’agit de la quantité d’énergie traversant par unité de temps une surface perpendiculaire au rayonnement. Elle varie très légèrement au cours des cycles solaires. Répartie sur toute la surface de la Terre, cette puissance devient 342 W/m². On voit que le flux géothermique est parfaitement négligeable face à la constante solaire. Il y a quatre milliards d’années, la production de chaleur était 4 fois supérieure, mais cela ne changeait quasiment rien.

La puissance rayonnée par le Soleil est en augmentation constante depuis sa naissance. Il produit de l’énergie dans son noyau en fusionnant de l’hydrogène en hélium. Comme le nombre de particules par unité de volume décroît, la pression exercée par les couches externes augmente, ce qui fait grimper la température du noyau. Les astrophysiciens ont calculé qu’il y a 4 Ga, la puissance du Soleil était de 27 % plus faible que maintenant. Il y a 2,8 Ga, la différence était de 20 %. Le forçage radiatif correspondant, à la fin de l’Archéen, était d’environ – 50 W/m² : la surface de la Terre ne recevait que 292 W/m². Par conséquent, on s’attend à ce que la Terre ait été gelée durant sa jeunesse, mais la présence d’eau liquide en surface est largement attestée pendant l’Archéen. Ce problème remarqué par Carl Sagan et George Mullen en 1972 est appelé le paradoxe du Soleil « froid ».
...
https://actugeologique.fr/2020/11/les-climats-de-la-terre-durant-lhadeen-et-larcheen

Esquissez la trajectoire du milieu du segment qui joint les extrémités de la petite et de la grande aiguilles d'une montre. Indiquez les points où sa vitesse est minimale et maximale (en module).

Zazie est fascinée par l'horloge à balancier de sa grand-mère. Quand elle lui jette un coup d'oeil au hasard, elle a l'impression d'apercevoir plus souvent le balancier près de ses positions d'amplitude extrême que de sa position verticale médiane, qui est pourtant la position d'équilibre. Se trompe-t-elle ? Plus précisément, voit-elle plus, moins ou aussi souvent le balancier dans la double région extérieure de sa trajectoire que dans la région intérieure de même longueur ?

Topsy Turvy a écrit:Pour ceux qui se demanderait à quoi ça sert, la meilleure réponse est sûrement : à rien.

Esquissez la trajectoire du milieu du segment qui joint les extrémités de la petite et de la grande aiguilles d'une montre. Indiquez les points où sa vitesse est minimale et maximale (en module).

« La physique étant une science essentiellement expérimentale, il est regrettable qu'on admette, en général, qu'elle ne peut être enseignée sans le secours de considérations mathématiques accessibles seulement à un petit nombre d'esprits. On a ainsi enlevé à cette belle science tout son charme et de toute la popularité dont elle devrait jouir. C'est ainsi qu'au milieu de notre XIXe siècle si renommé par la diffusion des lumières, le titre de physicien équivaut-il encore, pour bien des gens, à celui d'astrologue ou de nécromancien. »

A. GANOT, Cours de Physique purement expérimentale, à l'usage des gens du monde, des institutrices, des pensions de demoiselles, des écoles normales primaires, et généralement des personnes étrangères aux connaissances mathématiques à l'usage des gens du monde, des gouvernantes, des pensionnaires de demoiselles, des écoles normales primaires, et généralement des personnes étrangères aux connaissances mathématiques (Paris, 7e édition, 1878).

Une ficelle est attachée à la pédale d'un vélo. Pendant qu'un ami maintient le vélo vertical, vous vous placez derrière le vélo et tirez doucement sur la ficelle, la pédale étant en position basse.
On suppose que le vélo peut rouler, mais non glisser sur le sol.
Lorsque vous tirez sur la ficelle, le vélo commence-t-il à se déplacer vers l'avant, vers l'arrière, ou reste-t-il immobile ?

Topsy Turvy a écrit:C'est pas adapté pour les noobs, en fait.

En fait, si.

Tout le monde peut se faire une idée, pas grand monde ne part gagnant (du genre : qui n'aurait pas besoin de réfléchir ou qui détiendrait un outil magique). Si on n'a pas le goût pour ce genre de questions de raisonnement appliqué, c'est un autre problème.

Esquissez la trajectoire du milieu du segment qui joint les extrémités de la petite et de la grande aiguilles d'une montre. Indiquez les points où sa vitesse est minimale et maximale (en module).

Réponse au coucou, balançoire, balancier :

On fixe par un point de sa circonférence un anneau à un axe horizontal qui peut être soit dans le plan de l'anneau, soit dans un plan perpendiculaire. La période des oscillations (de faible amplitude) de l'anneau autour de l'axe est-elle la même dans l'un et l'autre cas [on parle donc du temps mis pour un balancement] ? Sinon, quel est celui qui a la plus longue [période d'oscillation, petits coquins] ?

Pour aider à se représenter la question, l'anneau ci-contre est dans le plan de l'axe (premier cas, même si la question suggère un joli montage sans frottement). Si je passais l'axe dans l'anneau, celui-ci pourrait se retrouver dans un plan perpendiculaire à l'axe (deuxième cas, même si la question suggère un joli montage sans frottement). [Oui, je sais, petits coquins...]

Spoiler:

Un rameur décide pour s'entrainer de faire en aviron le parcours fluvial de la ville A à la ville B, et retour. Tout au long du trajet, il rame à vitesse constante par rapport au courant, qui coule de A vers B. Son ami l'accompagne à pied le long de la rive, marchant sur le sol à la même vitesse que celle du bateau par rapport au courant. A l'aller, le bateau, entraîné par le courant, prend de l'avance. Le piéton s'en console, certain qu'au retour le courant retardera le rameur de façon qu'ils reviennent exactement au même moment en A. La rivière n'est-elle d'ailleurs pas en mouvement uniforme par rapport à la rive, constituant ainsi un référentiel équivalent, d'après le principe de la relativité ?

Les deux amis seront-ils bien de retour au même moment en A ?

En quatrième de couverture du volume 1 (édition Vuibert, 1998) : « La physique qui s'enseigne diffère en général de celle qui se fait autant qu'un traité de grammaire diffère d'un roman (...) Avant toute analyse théorique d'un problème physique (mise en équations, calculs,...), une étude qualitative est nécessaire. » J.-M. L.-L.

Les Jeux Olympiques de 2100 se déroulent sur la Lune, dans un grand stade recouvert par une coupole qui y maintient une atmosphère à la pression terrestre normale. On sait que la gravité lunaire est beaucoup plus faible que la gravité terrestre (dont elle vaut 1/6 environ). Peut-on prévoir une amélioration radicale des records olympiques dans les disciplines suivantes :

a) saut en hauteur ;
b) saut en longueur ;
c) 100 mètres (course à pied) ;
d) 10 kilomètres (course à pied) ;
e) 100 mètres (nage libre) ;
f) lancer du poids ?

Réponse pour les anneaux qui oscillent dans le plan de l'axe ou perpendiculairement :

a) On pèse une cage contenant un oiseau. L'indication de la balance est-t-elle modifiée suivant que l'oiseau est au repos sur son perchoir ou volette dans la cage ?

b) On pèse un aquarium contenant un poisson. L'indication de la balance varie-t-elle selon que le poisson est posé au fond de l'aquarium ou en train de nager à l'horizontale ?

Réponse concernant le déplacement du point entre les extrémités des aiguilles d'horloge :

Réponse concernant la pédale basse tirée en arrière :

Réponse concernant le duo d'amis rameur et promeneur :

Réponse concernant les records de JO lunaires :

Réponse concernant la pesée de cage ou bocal :

Lorsqu’un arc est tendu, la force exercée sur la corde par la main de l'archer est égale :

a) à la force exercée par son autre main sur le bois de l'arc ?

b) à la tension de la corde ?

c) à la force exercée sur la flèche par la corde au moment où l'archer lâche la corde ?

Delphine et Marinette ont construit des arcs avec des tiges de noisetier et de la ficelle. Elles cherchent des baguettes à utiliser comme flèches. Appréciez la validité des arguments de leur discussion :

a) « Tu choisis des baguettes trop grosses, dit Delphine, tes flèches seront trop lourdes et l'arc leur donnera moins d'énergie cinétique. »

b) « Les tiennes sont trop légères, répond Marinette, la résistance de l'air les affectera davantage et leur portée sera moindre. »

c) « Peut-être, ajoute de Delphine, mais avant la résistance de l'air, ce qu'il faut prendre en compte c'est la pesanteur, et tes flèches, étant plus lourdes, piqueront plus vite vers le sol. »

d) « Ah, non, répond Marinette, puisque l'accélération ne dépend pas de la masse, la gravitation ne causera aucune différence,

e) et puis mes flèches, étant plus lourdes, auront, pour une même portée, plus d'énergie à l'arrivée. »

Professeur C. Avez-vous une idée, mon cher collègue, sur la nature des forces qui assurent la cohésion des corps, planètes ou cailloux ?

Professeur N. Enfantin, mon cher collègue ! Si les matériaux qui constituent notre Terre tiennent ensemble, c'est évidemment pour les mêmes raisons que nous restons sur Terre, retenus par la pesanteur. C'est donc la gravité qui est responsable de la cohésion de la matière.

Professeur C. Et vous pensez que ceci, qui vaut pour une planète, vaut pour un caillou ?

Professeur N. Bien entendu ! La planète et le caillou ne sont-ils pas faits de la même matière ?

Professeur C. Mais comment les parties d'un caillou pourraient-elles avoir entre elles une attraction gravitationnelle assez grande pour expliquer sa cohésion, alors que nous ne sentons pas l'attraction gravitationnelle de ce caillou sur nous, trop faible, contrairement à celle de la Terre ?

Professeur N. Alors, quelle est votre explication ?

Professeur C. Pour moi, il s'agit de forces électrostatiques, dues à l'attraction réciproque des particules négatives (électrons) et positives (noyaux) qui constituent la matière. D'ailleurs, vous savez bien que les forces électriques sont bien plus puissantes que les forces gravitationnelles, et que l'attraction électrique entre un électron et un proton est dans les 1'040 fois plus grande que leur attraction gravitationnelle, qui doit donc être complètement masquée.

Professeur N. C'est absurde ! Vous oubliez tout simplement qu'outre les attractions électriques entre les particules négatives et positives, il y a les répulsions entre les négatives, et entre les positives. Comme la matière est globalement neutre, ces attractions et répulsions se compensent et les forces électriques ne jouent pas !

Que pensez-vous de ces arguments ? Qui a raison ? Quelles forces, électriques ou gravitationnelles, assurent la cohésion de la matière ?

Cyrano de Bergerac, dans l'Autre Monde, ou Les États et Empires de la lune, utilise la technique suivante pour se rendre sur la Lune :

« Je pris de l'aimant (...) et le réduisis à la grosseur d'environ une balle médiocre. En suite de ces préparations, je fis construire un chariot de fer fort léger (...) Enfin je montai dedans et lorsque je fus bien ferme et bien appuyé sur le siège, je ruai fort haut en l’air cette boule d’aimant. Or la machine de fer que j’avois forgée tout exprès (...) fut enlevée aussitôt, et (...) à mesure que j’arrivois où l’aimant m’avoit attiré, je rejetois aussitôt ma boule en l’air au-dessus de moi. (...) Je vous dirai même que tenant ma boule en ma main, je ne laissois pas de monter, parce que le chariot couroit toujours à l’aimant que je tenois au-dessus de lui (...) »

Commentez cette procédure (que l'auteur, avouons-le, n'a guère prise au sérieux).

Là, c'est quand il s'élève avec des fioles de rosée :

Zazie et son copain Julot se sont construit une cabane au milieu du jardin qui sépare leurs deux maisons. Ils veulent y amener l'électricité, mais aucun d'eux ne veut risquer d'encourir seul les foudres parentales en branchant leur installation dans l'une ou l'autre maison. « C'est bien simple, alors, dit Zazie, y a qu'à brancher un fil chez toi et un fil chez moi » — « Bonne idée, répond Julot, comme ça en plus, on partagera les frais : les compteurs de nos maisons enregistreront chacun la moitié de notre consommation ».

L'installation de Zazie et Julot peut-elle fonctionner ? Si oui, leurs parents partageront-ils effectivement les frais ?

Topsy Turvy a écrit:Un amateur !

Bohr sans les "boring equations" (je déconne, mais j'ai dépouillé à l'excès)  :

...
Même si son existence est démontrée depuis les années 1930, les scientifiques n'ont pas réussi à établir une loi permettant de calculer sa valeur à partir de paramètres connus, contrairement aux lois de Coulomb et de Newton.
...
https://fr.wikipedia.org/wiki/Force_nucléaire

...
... [Le modèle de Bohr] est dit simplifié, car d'autres modèles plus complexes firent leur apparition par après.

Malgré sa complexité, le modèle de Schrödinger s'imposa. En effet, son utilisation demande une excellente maîtrise de concepts de mathématiques avancées, mais ce modèle explique avec précision pratiquement tous les comportements de l'atome.

Dans les années 1960, le modèle standard fit son apparition. Il permet d'expliquer, en plus de l'électron, du proton et du neutron, l'existence de multiples particules subatomiques.

Au xxie siècle, les physiciens théoriciens recherchent activement un modèle expliquant ce qui est communément appelé l'Univers. Plusieurs théories ont vu le jour pour tenter de le décrire avec précision : théorie des supercordes, gravitation quantique à boucles, géométrie non commutative appliquée à la physique, etc.
...
https://fr.wikipedia.org/wiki/Modèle_atomique

Réponse concernant les forces et tensions en jeu :

Réponse concernant le choix de baguettes pour faire des flèches :

Réponse concernant les forces de cohésion discutées par les professeurs :

Réponse concernant le chariot mécano-magnétique de Cyrano :

Réponse concernant la combine électrique de la cabane de Zazie et Julot :

Trad rapide d'un extrait du script a écrit:Histoire de la Terre
Comment la Terre s'est-elle formée ?
(...)
Après que la supernova à proximité a envoyé des ondes de choc à travers notre nuage informe de gaz et de poussière, après que ce nuage a commencé à s'effondrer, tournant de plus en plus vite à mesure qu'il rétrécissait, se propageant vers l'extérieur à mesure qu'il tournait, après que le Soleil se soit allumé pour être au centre de ce nuage en rétrécissement, rotation et étalement, les deux premiers fragments de poussière au centre de notre histoire s'entrechoquent et se collent.
Bienvenue à la Terre.
Notre monde commence par une dispersion de particules de poussières si petites que la gravité ne peut même pas les maintenir ensemble, l'électricité statique collant à la place chaque morceau à l'autre. Le disque autour du Soleil se transforme de gaz en poussière, les nuages gèlent en cristaux de silicate et en complexes de calcium et d'aluminium, de magnésium et de fer. Au fur et à mesure qu'ils grandissent, ils font l'expérience de la traînée pour la première fois. Le gaz dont ils faisaient autrefois partie sapant maintenant leur énergie, les plus grands de ces flocons de la nébuleuse cascadent de la périphérie, se rassemblant au niveau du plan central du disque.
Tandis que notre Terre naissante dérive vers le Soleil, elle s'écroule également sur elle-même. Plus les flocons grandissent, plus l'énergie est sapée par la nébuleuse en mouvement. La Terre fait face à son défi le plus dangereux : si elle ne grandit pas rapidement, elle sera capturée par la gravité du Soleil et plongera dans la fournaise. Pire encore, à mesure que notre amas de poussière s'étend jusqu'à la taille d'un caillou, les forces électrostatiques qui l'alimentent cessent d'être efficaces, mais la gravité ne peut pas non plus apporter de nouveau matériau à un objet si petit. Les cailloux se croisent sans être affectés. Quelques chanceux entrent en collision, pour seulement ricocher et s'éloigner l'un de l'autre, ou, pire, pour se fragmenter et se disperser. La croissance est au point mort.
(…)
https://www.youtube.com/watch?v=0_a_xU2KQdE

Topsy Turvy a écrit:[


Y a un rapport avec la masse ? Si oui, avec laquelle, inertielle ou gravitationnelle ?

On va plutôt dire non, parce qu'on n'est ni en classique ni en relativité.

...

Composants fondamentaux du Modèle Standard des particules incluant le boson de Higgs dont le rôle est de donner une masse aux particules élémentaires du tableau (et non à la matière). A partir de ces 17 composants, on explique tous les phénomènes mettant en jeu la matière connue.

De manière quantitative : derrière ce tableau présentant le Modèle Standard (figure [ci-dessus]), se cache un formalisme mathématique rigoureux.

A titre d’exemple voici une expression du Lagrangien, quantité décrivant la dynamique des particules du MS représentées par leurs champs. Les prédictions théoriques ont jusqu’à présent toutes été vérifiées par les données expérimentales.


...
https://culturesciencesphysique.ens-lyon.fr/ressource/particules-elementaires-Ille-5.xml

...
Une masse inertielle négative signifierait inversement qu'il faut fournir de l'énergie au système pour le ralentir, ou symétriquement, que le système fournit de l'énergie à son environnement en accélérant. Par exemple, un objet avec une masse inertielle négative accélérerait dans la direction opposée à celle vers laquelle il est poussé ou freiné. Une telle particule de masse inertielle négative serait par conséquent un projectile précieux : il fournit de l'énergie lorsqu'on lui donne une impulsion au départ, accélère sous l'effet des frottements de l'air, et en heurtant un obstacle tendrait donc à accélérer au travers de celui-ci, d'autant plus violemment que la résistance serait importante : un tel projectile serait donc irrésistible.
...
https://fr.wikipedia.org/wiki/Masse_négative

Albert Einstein reçut un jour un cadeau d'un ami physicien, le jouet suivant : about d'un manche est monté un tube creux terminé en coupelle. Une bille en acier pend à l'extérieur, retenue par un fil attaché à un ressort dont l'extrémité est fixée au fond du tube. Le ressort est en extension sous le poids de la bille et il est donc trop faible pour la ramener dans de la coupelle. Il s'agit cependant d'amener la bille dans la coupelle, sans la toucher, ni le tube, ni le ressort. Toute cette partie est d'ailleurs enfermée dans une sphère transparente.

Comment y parvenir de manière systématique et sans adresse particulière ?

Le cadeau d'anniversaire d'Einstein A : bille en acier B : fil lisse C : globe transparent D : coupelle centrale, transparente E : tube creux F : ressort en spirale, long et souple G : Longue perche – un manche à balai

Topsy Turvy a écrit:[

ce qui se passerait s'il existait une masse négative
[/i]

...
Une masse inertielle négative signifierait inversement qu'il faut fournir de l'énergie au système pour le ralentir, ou symétriquement, que le système fournit de l'énergie à son environnement en accélérant. Par exemple, un objet avec une masse inertielle négative accélérerait dans la direction opposée à celle vers laquelle il est poussé ou freiné.