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- Le poids. C'est une force, l'attraction terrestre, qui nous plaque au sol. On ne devrait plus l'exprimer en kilogrammes, unité réservée à la masse : on a bien
parlé du kilogramme-poids, mais c'est illégal ! l'unité de force est le newton : un homme de 75 kg (masse) pèse donc légalement 736
newtons (735.75) : il pèse une force et il a une masse.
- La masse. L'unité de masse est le kilogramme. Ben alors, et nos balances et pèse-personne ? elles sont censées nous donner une masse puisqu'elles mesurent en kilogramme ! seule la balance Roberval ou la romaine qui équilibrent, mesurent la masse, les autres, à ressort ou à pression, mesurent une force.
Elles devraient être tarées selon le lieu Car le rapport entre poids et masse vient de la valeur g, gravitation terrestre.
Poids ou masse, n'est-ce pas finasser puisque le rapport qui les lie g = 9,81 - est fixe ? Explication : 9,81 est l'accélération due à la pesanteur, soit 9,81 m/s² (voir accélération ci-dessous).
Cette valeur est uniquement valable sur terre et encore, pas partout : elle varie selon le lieu et l'altitude et en allant vers les pôles (9,83) ou vers l'équateur (9,78). il est certain que comme pour son champ magnétique, la force d'attraction de la terre s'amenuise peu à peu avec l'altitude.
Assez peu au niveau de sa surface, mais preuve est faite qu'en raison de ces variations, les océans en sont tout bosselés, avec des écarts de niveau allant jusqu'à 200 mètres..
sur des milliers de kilomètres. Je n'ai pas encore trouvé de valeurs mesurées en ces points sur les océans.
Poids et masse sont un vrai dilemme.
A retenir, le kilogramme (kg, en minuscules), est l'unité de base de masse dans le Système international d'unités (SI).
Nous ne pesons plus 60/80kg, nous les "massons" (c'est pour rire..).
Voici donc un exemple pratique, leur influence sur le pèse personne ou la balance selon que l'on est sur terre ou sur la lune !Une balance pèse des pommes de terre avec "une force" de 73,575 newton, soit une masse de 7,50 kg avec l'accélération moyenne terrestre g=9,81 .
Mais si g est plus forte, supposons 9,83, la formule poids (force) = m (masse en kg) x g, montre que pour pour les mêmes 73,575 newton de la balance "ordinaire", dont la force ne varie pas avec la pesanteur du lieu,
la masse pesée sera alors de 73,575 divisé par 9,83 = 7,48 kg.
Seules les balances qui équilibrent deux masses (Roberval ou romaine), sont valables partout.
Partons sur la lune, dont la masse est = 1/80e celle de la terre, avec une pesanteur dans un rapport de 9,81 à 1,62, soit 6,05 fois moindre.
Pour atteindre sa pesée de 7,48 kilo, il faudra mettre 6,05 fois plus de pommes de terres sur le plateau de la balance ordinaire (à ressort ou à
pression) que sur terre ! parce qu'elle a conservé la même force;
si l'on pèse avec une balance romaine, dont le contrepoids est toujours réglé à 7,48 kilo, on équilibrerait avec la même quantité de tubercules que sur terre
puisque le contrepoids de la balance romaine est lui aussi divisé du même nombre (6,05).
- L'accélération
L'unité d'accélération est le mètre seconde par seconde m/s².
Exmple universel,la pesanteur terrestre. Elle accélère verticalement et uniformément tout corps en chute libre sans frottements (dans le vide)- quelle que soit sa masse - de 9,81 mètres/seconde. Par suite, il tombe de 9,81 m au terme de la première seconde,
19,62 m au terme de la deuxième et 29,43 m au terme de la troisième.
Par contre, une force mécanique, telle que la poussée d'un bras ou la rotation d'un moteur, ne produit pas le même effet car dans ce cas, il n'y a pas indépendance de la masse.
C'est pourquoi on allège au mieux véhicules ou fusées.
La formule est f = m γ, soit f (force en newton) x par m (masse en kilo) x par γ (gamma, lettre grecque pour l'accélération m/s²).
En inversant la formule on voit que l'accélération γ = f : (divisé par) m : au démarrage, une voiture puissante mais lourde, ne fera pas mieux qu'une plus modeste, car c'est le rapport force/ masse qui compte.
Amusant :
La formule de la chute des corps est naturellement applicable aux véhicules en descente sur la route, puisque c'est la pesanteur qui agit.
A freinage aérodynamique ou mécanique égal - provenant des vêtements, de la forme ou de frottements divers mécaniques - tout véhicule devrait descendre en roue libre à la même vitesse que les autres, qu'il soit lourd ou lourd ou léger.
Voici cependant une affaire assez cocasse survenue lors d'une course cycliste à laquelle participait Robic, un petit breton têtu bien aimé des français.
Comme il était léger et qu'on trouvait qu'il ne descendait pas assez vite, on lui mit du plomb dans ses gourdes à la faveur d'un ravitaillement. Hélas, le déséquilibre dynamique apporté par ce poids, sur un vélo très léger, l'a fait chuter de sorte que l'on ne pût apprécier le résultat.
Selon la théorie, l'essai n'aurait pas du être probant, mais notre logique tient à ce qu'il en soit ainsi !!
- La vitesse le mètre par seconde (m/s). La pesanteur terrestre fait tomber les corps - non freinés par l'air (vide) - avec une accélération de 9,81 mètres seconde par seconde. Une plume suit la bille d'acier !! en réalité, l'air de notre atmosphère ralenti la chute
selon les cas (densité du corps, forme, stabilité etc). Un homme en chute libre ne dépasserait guère 250/300 km/h alors qu'il n'y a pas de limite théorique dans le vide si il tombe de très haut. Celui qui s'est lancé de plus de 20.000 mètres (mars 2012), a largement dépassé cette vitesse en raison de
la raréfaction de l'air en haute altitude (celle de notre feu Concorde). Un parachute-aile permet de se poser doucement. La formule est v (m/s) = g
(9,81) x t (temps de chute en secondes).
Soit pour une chute de 10 secondes: v = 9,81 x 10 = 98,1 mètres par seconde.
Hauteur de chute avec le temps = h (mètres) = 1/2 x g x t²
(t au carré). Exemple en 10 secondes, la hauteur de chute serait : 0,5 x 9,81 x 10x10 (10 au carré)= 490, 5 mètres.
La vitesse.
L'univers offre des vitesses assez fantastiques : par la rotation sur elle-même de notre planète, un homme situé à l'équateur évolue à 1670 km/h (30m/s, sens inverse des aiguilles d'une montre).
C'est pourquoi on préfère y situer si possible les bases de lancement de satellites, la terre y ajoutant sa propulsion. La lune tourne aussi sur elle-même, sens inverse
aussi, à 17 km/h. Notre planète tourne autour du soleil à 108.000 km/h (27,8 km/s). Le soleil tourne autour du centre de notre galaxie, la Voie Lactée,
avec toutes ses planètes, à la vitesse de rotation de 6.120 km/h ((1,7 km/s) ; jusque là tout serait normal (..), si notre galaxie ne fuyait pas elle-même autour d'autre chose à la vitesse de 2.160.000 km/h (600 km/s).
Tout ça donne le tournis mais ce n'est pourtant que le tout début de l'histoire pour ce gigantesque carrousel dans lequel nous sommes entraînés, d'autant que tout ne tourne pas dans le même sens.
De quoi faire rêver les concepteurs de Disneyland. (propos de Hubert Reeves, Science et Avenir, 2002)
Nous ne ne sentons rien de tout cela, pas même de quoi nous décoiffer; c'est que l'atmosphère de la terre tourne avec nous et que surtout, quand la vitesse est constante, on ne ressent rien si rien ne défile à proximité.
En avion, on se traîne lamentablement une fois en l'air, et quand on regarde un avion passer après son décollage, on se demande comment il peut tenir en l'air en avançant si lentement. Tout est donc relatif.
Peut-être avez vous déjà ressenti une sorte de malaise, en voiture ou en train, alors que la voiture ou le wagon d'à côté démarrait, en imaginant que c'était vous ? ce malaise vient de la discordance entre les
informations que vous recevez : vous croyez que votre véhicule démarre alors que votre corps ne ressent rien. A 600.000 km/h, à côté de quelque chose qui va à la même vitesse, vous êtes tout simplement immobile ! on le dit, tout est relatif.
Un gros nuage noir (cumulus), à la base plate et basse, recèle une énergie fantastique, de l'ordre d'une petite bombe atomique, soit 1 Mégatonne
(millions de tonne d'un explosif de référence). Il est parcouru par des courants ascendants et descendants de 300, 400 km heure et cela sur une
grande surface ! de tels nuages sont interdits aux avions qui doivent impérativement s'en écarter . Ces vents, c'est de l'énergie, mais pour la capter, où fixer l'éolienne ?
Equivalent énergétique : un gramme d’hydrogène transformé par fusion nucléaire équivaut à 8 tonnes de pétrole.
La fusion est l'énergie produite par le soleil, qui transforme chaque seconde 100 millions de tonnes d'hydrogène en hélium. L'homme cherche à produire cette fusion mais doit de contenter de la fission
dans ses centrales électriques et ses bombes. Outre la puissance supérieure, la fusion par l'homme serait plus propre que la fission qui, détruisant
des atomes, produit de nombreux produits dérivés aux rayonnements nocifs. La fusion sera-t-elle réellement aussi propre que cela ?
Reconnaître ou évaluer la présence d'énergie n'est pas toujours facile. Avec son immense quantité d'eau et la différence de hauteur, un barrage nous fait bien ressentir le déferlement d'énergie qu'il pourrait produire en cas de rupture !
Moins évidente est celle dispensée par la nature, à commencer par le soleil qui nous chauffe avec son énergie nucléaire de fusion (que l'on ne sait pas encore reproduire, car nous pratiquons actuellement la
fission atomique, c'est à dire l'éclatement des atomes ; on dit qu'on les "casse", du verbe Anglais crack, qui donne le cracking),
Les vagues, la marée, les vents, les orages, les volcans, la tectoniques des plaques (déplacement des plaques qui flottent à la surface du magma de notre planète), le feu enfin, si redoutée, conduit à un état de moindre énergie de la matière
(on dit que la matière tend toujours vers un niveau d'énergie inférieure ; ce qui n'est pas simple à comprendre, sauf dans le cas d'un objet qui roule ou tombe, d'un ressort qui se détend, d'un liquide qui coule, enfin tout ce qui nous complique un peu la vie..
Relativité. Malgré leur vitesse par rapport à la terre, et donc un niveau d'énergie élevé, deux satellites placés côte à côte ou l'un derrière l'autre n'ont aucune énergie entre eux.
pour que l'un se rapproche de l'autre, il faudra donner un petit coup de moteur, c'est à dire d'énergie. Problème, une orbite correspond à un certain niveau d'énergie et si on l'augmente on passe à une orbite supérieure !
L'approche n'est donc pas aussi facile qu'on le pense.. comme une voiture qui en rattrape une autre.
Energie au niveau de l'électron.Dans un atome, un électron qui reçoit de l'énergie passe sur l'orbite du niveau supérieur et un électron qui en perd descend à l'orbite du niveau inférieur
en cédant cette énergie.
Celle-ci réapparaîtra généralement sous forme de rayonnement, tel que la lumière. Et si on fait tomber simultanément
un grand nombre d'électrons, à une orbite inférieure (niveau du dessous), on fabrique.. la lumière "laser". Sa propriété est de ne presque pas "diffuser" ; le faisceau se maintient très fin (un point) sur de très grandes distances.. suffisamment pour pouvoir capter sa réflexion.. sur la lune.
Son énergie, concentrée sur une surface minime, sert à découper, détruire ou souder (dont en chirurgie de l'oeil).
Les puissances augmentent, le maximum atteint étant actuellement les puissants lasers de recherche et militaire en Californie et en France : le National Ignition Faclity et proche du fonctionnement après 12 ans de travaux. Grande comme trois stades de football, pour 3.5 milliards de dollars, l'installation compte 192 faisceaux laser qui se concentrent à trois cent mètres de là sur un petite cible combustible.
La température devrait atteindre plus de 100 millions de degrés et des pressions plusieurs milliers de fois celle qui existe dans le noyau terrestre. Le Laser MegaJoule français LMJ doit aussi être opérationnel cette année 2010 : il comporte 240 lasers. Les objectifs poursuivis sont militaire et civil, dont la fusion toujours espérée, qui nous apporterait l'énergie supposée "propre" du soleil à partir de l'hydrogène.
"Propre" parce que la fission nucléaire produit beaucoup de radioactivité secondaire (dommages collatéraux en somme).
Une énergie peut être apportée par la lumière, c'est l'effet photoélectrique désormais bien connu avec les capteurs solaires à cellules photoélectriques, dont la démonstration été apportée par Einstein, physicien ayant élucidé bien des phénomènes liés à la lumière, ainsi que Planck.
La découverte, non expliquée à l'époque, consistait à éclairer une lamelle très fine avec différentes sources lumineuses d'intensités variables.
Sous l'effet de l'éclairage, la lamelle se soulevait, signe de l'apparition d'une charge électrostatique; l'énigme était qu'en éclairant en rouge, l'effet ne se produisait pas, quelle que soit l'intensité émise, alors que vers les violets, il apparaissait. Einstein a démontré que la lumière arrachait des électrons au métal, mais que la puissance étant trop faible dans les
fréquences basses, le rouge et infra rouge, on ne pouvait rien observer.
L'énergie peut être également produite par la chaleur (feu, machine à vapeur, usine nucléaire (*), une réaction chimique (piles, batteries, explosion de poudre (munitions) ou de gaz (moteur à explosion des voitures).
suite colonne gauche ci-dessous
suite (*) La réaction atomique produit de la chaleur qui "fait bouillir la marmite"; sa vapeur fait ensuite tourner une turbine, laquelle entraîne un générateur d'électricité. On ne sait pas transformer directement la désintégration de l'uranium en électricité..
Le premier effet d'une bombe atomique est l'élévation énorme de température qui fait tout fondre près du point d'impact et produit un souffle dévastateur.
Les radiations suivent, tuent le vivant sans pour autant dégager de forte énergie, pénétrant les sols et matériaux de facçon durable.
Pour anticiper le risque de pénurie d'énergie (pétrole, gaz, uranium..) ou encore s'assurer une indépendance, toutes les formes imaginables d'énergie sont actuellement testées : ne parlons pas des vagues, des marées, des éoliennes, des cellules photovoltaïques, du charbon
gazéifié par semi combustion sans l'extraire (*), ou encore de la récupération par inertie lors du freinage (voitures, trains..) c'est bien lancé, si je puis dire. Il y a bien plus surprenant, comme dans une gare au Japon, où l'on tente de récupérer du courant en faisant marcher les gens sur des éléments piézoélectriques !
Plus prometteuse serait la pression osmotique qui s'exerce entre deux réservoirs d'eau, l'un contenant de l'eau pure et l'autre de l'eau salée, séparés par une membrane poreuse à l'eau mais pas au sel. La nature est bizarre et l'eau pure a tendance à passer dans l'autre réservoir pour en diminuer la salinité :
une forte pression en résulte, puis un jet d'eau salée susceptible d'actionner une turbine.
(*)
Aux USA, pas loin de Washington, une ancienne mine de charbon se consume ainsi depuis près de 50 ans, suite à un accident.
Les tentatives d'éteindre ce feu couvant ont toutes échoué et il a fallu évacuer la localité voisine dont une des route d'accès est condamnée ;
le sol et le goudron se sont fissuré et un enfant à failli être englouti dans une faille subite. Des fumées et des gaz dangereux s'échappent en
permanence du sol. suite colonne droite
Energie cinétique (due à un mouvement) :
Entre une grosse masse avec une petite vitesse et une petite masse avec une grande vitesse, il n'y a pas forcément équivalence d'énergie, ni donc de dégâts éventuels. D'une part parce que les énergies respectivement acquises ne sont pas identiques,
d'autre part parce-que les facultée de pénétrations peuvent être très différentes (dureté, forme..).
En effet, contrairement à la masse, la la vitesse compte pour le carré de sa valeur, cc qui est traduit par a formule de l'énergie E = 1/2 de mv² soit la masse multipliée par le carré de la vitesse, le tout divisé par deux.
(v² = v multiplié par v - si v = 2, v² = 4 mais si l'on prend v = 250, v² = 62.500 !!).
les rayons cosmiques et les rayons X sont très énergétiques en raison de leur très grande vitesse. En raison de sa vitesse, le TGV acquiert plus d'énergie qu'un train normal, même avec une masse moindre.
Un insecte peut tomber sans aucun risque en raison de sa très faible masse et un freinage de l'air prépondérent.
VOITURES !! Le pire exemple après les armes est apporté par les voitures sur autoroute ; près des autres voitures, on ne perçoit pas le danger parce que les vitesses sont à peu près les mêmes.
Cela alors que nous sommes dans un essain de vrais projectiles. Il faut avoir été immobilisé sur le bas côté d'une autoroute pour ressentir cette énergie et c'est effrayant de voir ces projectiles ; la nuit c'est un vrai cauchemar.
A 130 km/h l'énergie acquise est très importante et vous êtes en grand danger, par exemple si la voiture qui vous précède vous coupe la route ou si elle freine brusquement.
Plus qu'à la vitesse, pensez à rester à bonne distance des autres, c'est le seul salut. Un point qui n'est pas suffisamment enseigné et surveillé en France contrairement à l'Allemagne, où un ami pris en défaut de survitesse s'est vu reprocher de trop "coller" d'autres véhicules.
Correspondance entre unités de mesure d'énergie : Différentes unités mesurent une énergie, généralement spécifiques au domaine concerné.
(travail, chaleur, électricité..) : le cheval vapeur, longtemps utilisé, le Joule, la petite et la grande calorie (kilocalorie), le kilowatt-heure, etc.
Il y a toujours des correspondances entre elles, telle que celle-ci,
dessous (valeur énergétique de la nourriture, qui est une unité calorifique).
ici 257 kcal (kilocalorie = 1000 calories) = 1076 kJ (kilojoules).
Pour nous, elle provient du courant électrique (centrales EDF), des piles ou des batteriesde la foudre, des petits générateurs à manivelle ou de vélo.
L'unité courante est le kilowatt-heure, donc 1000 watts pendant une heure, ce qui serait délivré par un générateur (source d'énergie) fournissant un courant de 10 ampères (intensité du
courant) avec une tension de 100 volts (tension du courant), pendant une heure. On résume cela par la formule W = U (volts) x i (ampères) x T (temps) ou le signe x veut dire "multiplier" ;
pour comprendre ces termes et la formule, imaginez que le courant (i ampères) est un débit, comme celui d'un robinet, plus ou moins important et que la tension (V
volts) est la pression de l'eau à la sortie du robinet (voir chasse d'eau). La puissance est P (watts) = U x i.
Applications pratiques. ; la lampe torche.
L'ampoule de votre lampe torche indique 2,5 volts et 0,3 ampères ; sous 2,5 volts, elle aurait une puissance de P=U x I, soit 0,75 watts.
Si vous éclairez pendant 15 mn, vous aurez dépensé 0,75 x 0,25 (1/4 d'heure) = 0,1875 Watts/heure (Wh) ou encore 0,000187 kilowattheure.
On ne peut savoir combien de temps ça va durer car les fabricants sont muets sur la capacité (énergie) de leurs piles, se contentant de "nouvelle formule", "superpuissance", "usage intensif",
etc.. Seules les batteries rechargeables portent cette indication.
Equivalence puissance électrique et aspiration . Un aspirateur de 1500 watts a une puissance d'aspiration de 30 kPa. 30 kpa signifie 30 kilo-Pa soit 30.000 Pascals, égale à peu près à 30.000 divisé par 9,81 =
3050 kgs au mètre carré, soit 305 grammes au centimètre carré, soit encore l'équivalent d'une colonne d'eau de 3,05 mètres ou encore 3 divisé par 13.6 (densité du mercure) = 225 millimètres (mm) de mercure (hg) ou 300 millibars.
C'est cette aspiration (dépression) qu'il faut comparer aux autres. Pour finir, cela revient à presque 1/3 de la pression atmosphérique, qui vaut en général au niveau de la mer 760 mm de mercure ou 1013 millibars (millièmes de bar).
Avec toutes ces équivalences, aucun fabricant ne peut plus vous tromper.
Mesures et appareils de mesure.
Nous ne pouvons pas faire ici le tour de la question, mais simplement faire comprendre que l'appareil de mesure doit être adapté à ce que l'on veut mesurer.
: on ne peut mesurer le volume d'une goutte d'eau avec une louche, ni peser une bague en or avec un pèse-personne ; ce qui paraît évident dans ce cas et même ridicule,
ne l'est plus dans d'autres, notamment en physique et électricité.
Prenons un cas simple en électricité : si on mesure la tension à vide d'une pile LR6 1,5 volt avec un appareil qui consomme trop de puissance,
la mesure sera complètement faussée car la source (batterie) s'effondre immédiatement ; pire, la batterie peut être endommagée.
L'appareil de mesure ne doit pas, ou très peu, prélever de puissance sur la source.
Les multimètres électroniques actuels sont beaucoup plus justes que les appareils mécaniques (à cadre mobile) parce qu'ils prélèvent leur puissance non pas sur la source mais sur les piles dont ils sont équipés (il y a amplification).
Ainsi, un circuit électronique, dont les puissances en circulation sont très faibles, sera mesuré avec un appareil très sensible et non avec un appareil destiné à mesurer du courant industriel, comme du 220 volts !
cette notion est fondamentale. A l'inverse, cet appareil très sensible sera détruit par un circuit trop puissant pour lui (le secteur 220 volts).
Les anémomètres sont parfois détruits par les cyclones..
Précision de l'appareil. Si 'on procède à une mesure de diamètre, celui d'une vis par exemple, on peut se contenter d'utiliser un pied à coulisse bas de gamme (dit "au dixième")
et un appareil plus précis est inutile. Tout ce que l'on veut savoir, c'est si elle fait 3 ou 5 mm de diamètre.
Si l'on usine un ajustage précis, une piston dans un cylindre, on comprend tout de suite qu'il va falloir autre chose pour en mesurer sa qualité, car il s'agit d'apprécier cette fois des microns (millièmes de mm).
Le cas extrême, en mécanique étant celui des réacteurs, turbines, compresseurs "turbos" de moteurs de voiture, qui tournent à 50.000 ou 150.000 tours minute !
Masse et inertie
La bouteille retournée sur une pièce.
Commençons par le tour de la bouteille vide, usuellement de champagne/ mousseux, car elle est plus lourde et c'est la fête !! : Vous placez une pièce de
monnaie sous le goulot de la bouteille qui naturellement est renversée et en équilibre sur la pièce. Demandez à quelqu'un d'enlever la pièce
sans toucher à la bouteille (c'est impossible) solution : prenez un couteau à longue lame (couvert classique, cuisine) maintenez la lame à
plat sur la table et dans un mouvement ferme et sec, chassez la pièce avec la lame. La bouteille ne bouge presque pas car vous faites appel à
l'inertie de celle-ci.
Reprenons nos satellites : malgré leur vitesse par rapport à la terre, deux fusées côte à côte n'ont aucune énergie
entre elles, (elles en ont par rapport à la terre et on le constate quand les débris tombent !) mais elles ont de l'inertie due à leur masse et si elle se
cognent, même à vitesse très faible, ça fait des dégâts parce que l'énergie est importante (faible vitesse mais masse, poids pour simplifier, important).
On le ressent instinctivement mais les exemples ne manquent pas.
Le train (le TGV acquiert plus d'énergie qu'un train normal, même avec moins de masse (poids), car l'énergie croit avec le carré de la vitesse.
Le cosmonaute dans sa cabine doit faire très attention pour ne pas se blesser, car il flotte mais a toujours la même masse et se fait mal si il se cogne.
Le pétrolier lui, ne va pas très vite mais avec ses 80.000 à 150.000 tonnes de fuel, il ne peut rien tenter qui n'exige de nombreux kilomètres :
c'est un projectile lent !
Plateau de restaurant ; l'inertie des plats posés sur le plateau fait qu'ils glissent ou se renversent lorsqu'on déplace le plateau trop vivement.
Les garçons de café inclinent le plateau et les forces s'exercent perpendiculairement au plateau de sorte que tout reste en place.
voir force centrifuge ci-dessous.
Le caddie. Le moment d'inertie se manifeste lorsqu'on déplace un objet.
Le caddie de grande surface est l'un de ces objets.. lourds ! en conséquence, si le caddie est bien chargé, éviter de vouloir faire pivoter l'avant du caddie en forçant sur les poignées arrière.
Ou dans e cas, placer ce qui est le plus lourd et dense (boissons..) le plus près de soi, en empilant si possible : le chariot sera plus manoeuvrant.
Une autre solution consiste à le faire pivoter par l'arrière en se déplaçant latéralement. Selon les ciconstances, on opte pour la solution appropriée.
Perosonnellement, je le "pilote" souvent par le côté, en déplaçant ma prise selon la trajectoire à corriger. Intéressant quand on rejoint sa voiture sur un parcours incliné : le choix du côté fait que l'on doit repousser avec un bras et le corps (hanche), ou à tirer avec le bras en modifiant sa prise.
Le vélo. A poids comparable, les grandes roues sont plus stabilisatrices que les petites car le moment d'inertie est plus important (effet gyroscopique) ; pour atteindre un effet comparable, les petites roues doivent tourner bien plus vite, car l'effet augmente avec le carré du rayon.
Moment d'inertie : le cosmonaute qui pivote et le chat qui retombe toujours sur ses pieds.
C'est toujours un problème de masse et d'inertie, mais sans appui, puisqu'il y a chute libre !
Cependant, la force qui les entraîne vers le sol "les tient" par leur centre de gravité", qui est au milieu si c'est une boule homogène et quelque part ailleurs, près de la partie la plus lourde dans
les autres cas. Que peuvent faire le cosmonaute ou le chat pour tourner et mieux se positionner ? modifier l'emplacement de leur centre de gravité !
Comment ? en modifiant la forme de leur corps ; comment ? par exemple en pliant les jambes et en étendant les bras.
Le cas des patineurs qui lèvent les bras et serrent les jambes pour accélérer leur rotation finale relève du même principe : il y a modification de la forme du corps et comme l'énergie acquise doit se conserver, c'est la vitesse de rotation qui augmente automatiquement pour compenser.
suite colonne droite
Le gyroscope : comme pour la roue de vélo, c'est la force centrifuge associée au moment d'inertie qui lui donne cette étonnante stabilité. Une stabilité toujours utilisée dans les avions et fusées pour le système de navigation à "centrale inertielle".
Pour obtenir un effet d'inertie important avec un tout petit diamètre des"roues", il faut imprimer au gyroscope une rotation de très grande vitesse (autour de 100.000 tours mn, d'où des problèmes d'axes). Trois gyroscopes, suspendus sans frottement, indiquent toujours la même direction
indépendamment des mouvements de l'avion, et détectent "les accélérations" du boitier qui les contient (changements de direction), selon trois directions (tangage, lacet, roulis).
Dérive gyroscopiqe. Rien n'est parfait et le "sans frottement", ni pertes diverses, n'existent pas sur cette terre. Par ailleurs, un gyroscope est soumis à une force de précession qui tend à lui imprimer une courbe de déplacement bizarre,
, une cycloïde, comme la toupie lancée sur une surface pourtant bien plate et horizontale. Cette "précession" signifie que l'axe tend à s'écarter à l'extrémité libre sous l'effet des forces de Coriolis (rotation de notre planète)
et il faut en tenir compte pour apporter les corrections nécessaires (dérive du gyroscope).
Ainsi fonctionne notre GPS de voiture et de smartphone, avec des éléments inertiels très différents, on s'en doute, en raison de la taille. Et pour peu de temps, car on ne traverserait pas l'Atlantique avec comme le fait l'avion !
Ils ne peuvent couvrir que de courtes distances en attendant les mesures de localisation fournies par au moins trois, mais plutôt quatre satellites et plus ; ces courtes distances sont toutefois appréciables sur le terrain faute de quoi, on
ne pourrait pas suivre finement en temps réel les embranchements ni les numéros de rue au mètre près. En effet, les satellites n'envoient qu'une position chiffrée (latitude, longitude, élévation) en dégrés, minutes, secondes et centièmes ou millièmes mais sans carte !
on le sait, la carte est dans la mémoire de chaque véhicule ou appareil (DVD ou mémoire fixe). On pourrait comparer le principe à celui des réveils et montres radio pilotés (réseau d'émetteurs allemand dans le monde entier).
Chaque réveil fonctionne comme un réveil normal mais pas trop précis dans le temps, qui se recale périodiquement au passage des tops radio. Lorsqu'on remplace la pile, le réveil recommence à fonctionner, bat bien la seconde, mais ne sais pas
l'heure qu'il est ! il faut attendre les tops radio de recalage pour qu'il se remette à l'heure. Une heure qu'il peut lui-même suivre aisément jusqu'à la réception du top suivant. C'est ainsi que la France a perdu son fleuron d'une époque révolue,
"l'horloge parlante" de la radiodiffusion française. "au quatrième top, il sera exactement, une heure, trente minutes, zéro seconde.. toutt, toutt, toutt, toutt".
mette.
Un jour, la flèche de mon GPS a quitté l'itinéraire qu'elle suivait normalement, surligné sur la carte, et elle est partie tout à coup "en
plein champs" ; errur de carte ? impossible, il n'y a jamais de champ qui remplace une route, seul l'inverse est vrai. Donc ma flèche se déplaçait bien en suivant le mouvement de la voiture, mais complètement égarée.
Le GPS était alors comme le réveil radio piloté" qui bat la seconde tout seul, il savait suivre les mouvements de la voiture, mais " était incapable de les situer sur la carte, sans doute faute d'informations satellites.
pourquoi a-t-il lâché les satellites en terrain dégagé ? mystère et vigilance.
Comment se transmet l'énergie en fonction de l'inertie.
la voiture téléguidée est posée sur une plaque elle-même posée sur un coussin d'air afin d'éliminer sa friction sur la table.
Au lieu de s'élancer au démarrage, la voiture chasse la plaque vers l'arrière. Un bienfaiteur qui avait voulu me dépanner ainsi sur du verglas en plaçant une plaque de tôle sous les roues de lma voiture, a bien failli la recevoir dans les jambes. Donc, vigilance !
Comment évolue le phénomène si l'on fait varie les masses ? plus la plaque sera lourde; moins elle partira en arrière et plus facilement la légère voiture s'élancera.
Une voiture qui démarre communique donc du fait de sa masse propre, une énergie à notre planète qui part en sens inverse !!
Bon, d'accord, la planète ne s'en (re)tourne pas pour autant, mais c'est scientifiquement exact.
Le pétrolier. Un pétrolier ne va pas très vite mais avec déjà 80.000 à 150.000 tonnes, rien ne peut être tenter qui n'exige de nombreux kilomètres: c'est un projectile lent, inexorable !
celui de 500.000 tonnes avancera encore de 20 km après que le commandant eut crié "arrière toute".
A propos du 150.000 tonnes,Jacques Girard m'a écrit ceci : "arrêt d'urgence (crash stop) : plutôt 1 mille marin soit 1,8 km environ", en citant le chiffre de "15 fois la longueur".
Avec une longueur de près de 400 mètres, cela donnerait "seulement" 6 km, soit pour des pétroliers de 500.000 tonnes, en "crash stop" site de référence cité :
https://www.afcan.org/dossiers_techniques/gigantisme.html.
Remarque hibis : Un site spécialisé, le site des marins (https://leressac.com/spip.php,) précise que ces distances de crash stop
sont sous estimées, car elles partent de "l'arrière toute" effectif (pleine puissance arrière effective); or viennent s'y ajouter après la décision, le temps d'arrêt des hélices en marche avant et celui de la montée en puissance en arrière.
Nous sommes en présence d'hélices qui font 8 mètres de diamètre et pèsent 50 tonnes pièce, plus toute la machinerie !!
A cette considération s'ajoute les problèmes de tenue de trajectoire arrière et celui de la cavitation des hélices "à fond", qui perdent alors une partie de leur puissance (il faut obligatoirement réduire).
Le site donne la formule d'arrêt Xm = 3.Ln (5.Ln pour les moteurs à turbine). Xm est la distance recherchée en mètres, mais qu'est L.n ? le logarithme de n ? Je n'ai pas eu de réponse.
Profitons en pour citer quelques chiffres qui permettent de mieux comprendre la lenteur des manœuvres (énorme inertie de masses en mouvement ou rotation ). Pétrolier de 550/630.000 tonnes, 415 mètres de long, 65 de large, 2 moteurs de 32.500 CV chacun (à 85 tr/mn), 2 hélices de 8 mètres 50 de diamètre,
poids de 50 tonnes chacune, 2 gouvernails de 220 tonnes et 125 mètres carré chacun.
Comparaison: le poids MAX d'un airbus 340-200 au décollage est 250 tonnes, les deux gouvernails pèsent plus qu'un Airbus 380.
Ancres de 24 tonnes pièce, sans la chaîne. Vitesse, 15 noeuds (27,8 km/h).
Porte containers. Les derniers porte containers sont de taille comparable (le dernier fait toutefois 440 mètres de long); mais ils dont bien moins lourds (170.000 tonnes), avec des puissances moteur supérieures (on parle désormais de 90.000 CV (chevaux), mais bridés à 70.000 (économie, écologie).
Hélice de 10 mètres de diamètre, vitesse supérieure aux pétroliers, soit 25 noeuds (46.3 km/h).
Capacité 11.000 containers de 6 mètres (33 mètres cube), et plus encore pour le dernier (18.000).
Masse et feu. Comprendre l'effet de la masse : quelques effets moins remarqués que la force brutale de la masse par le boulet de canon.
SECOURS : une porte résistera plus longtemps à l'incendie si on l'arroser copieusement d'eau en utilisant les serviettes, draps etc.
Le feu qui allume l'amadou mais pas une bûche. Les hommes préhistoriques auraient utilisé une sorte d'étoupe préparée à partir de ces gros champignons que l'on voit parfois sur le tronc des arbres ;
une étincelle issue du choc de pierres particulières suffisait pour enflammer cette matière extrêmement fine et légère mais une étincelle ne mettra pas le feu à un tronc de chêne massif' et dense ;
les rideaux et couvertures sont souvent à l'origine de départs d'incendie (cigarettes, bougies, prises et câblages électriques défectueux), ainsi que l'huile sur le feu dans les cuisines ou le pétrole dans les barbecues (avec grand danger de brûlures)..
Donc, vous ne mettrez pas le feu en laissant une allumette allumée sur votre planche à découper ! par contre, vous avez constaté que le bord des tartes et pizzas brûle alors que le reste, humide, ne brûle pas (il y une masse "de soutient"); idem pour le fromage cuit sur un toast, qui peut brûler autour et rester blanc et mou dessous.
Epaisseur de poêle ou de casserole ; cette épaisseur est importante car elle conditionne la diffusion et donc la répartition de la chaleur au sein du plat de cuisson.
Trop mince, il y a surchauffe partout mais surtout au centre (sauf si c'est plein d'eau, voir "AMUSANT" ci-dessous). Une bonne épaisseur protège contre les aliments brûlés.
Inconvénients : refroidissement lent (attention aux mains), poids.
Brûlures des enfants ; les brûlures y sont bien plus graves et désastreuses que chez les adultes, jusqu'à l'atrophie définitive des muscles ou l'amputation.
En effet, non seulement la peau est plus fine mais tout étant plus petit et plus fin, la masse qui aurait pu peut retarder les dégâts fait défaut ; de plus, les petits n'ont pas nos réflexes.
Soyez très vigilants et n'handicapez pas vos enfants (allumettes et briquets, plaques de cuisson encore brûlantes, queues de casseroles accessibles ou qui débordent etc. Cela n'arrive pas qu'aux autres.
visiter l'hôpital des enfants brûlés rend malade (vu à la télé).
Information d'une assurance : ">chaque année en France, 3 à 4000 enfants sont brûlés, dont 1000 hospitalisés (fers à repasser oubliés, casseroles sur le feu avec la queue à l'extérieur, eau bouillante, plaques électriques encore brûlantes
Pain grillé. Si le pain est un peu sec, je mouille légèrement les tartines de pain avant de les griller; cela leur redonnera un peu de moelleux (mouiller la main et tapoter la tranche) ; il faut le consommer rapidement).
AMUSANT On peut faire bouillir de l'eau contenue dans un cornet de papier sulfurisé (papier dit aussi "de cuisson") en le
plaçant sur du feu : il ne brûle pas car il fait corps avec la masse d'eau qui le refroidit, comme pour le cas de la porte ci-dessus.
AMUSANT. Rapporté dans un film de Paul Emile Victor, voici la curieuse cuisson imaginée par un peuple de la forêt, à cette époque. Des bambous évidés, maintenus en biais sur le sol, dans lesquels sont enfilées de longues feuilles roulées contenant la nourriture.
Les bambous sont remplis d'eau, puis un feu est allumé dessous. Et l'eaubouillonne doucement jusqu'à cuisson. Les bambous ne prennent-ils pas feu ?. Les bambous ne prennent pas feu .. tant qu'il y a de l'eau dedans.
Dessin de reconstitution hibis".
Masse et froid. ajout de produits à température ambiante.
Si l'on ajoutez un kilo d'aliments à 20° alors qu'il y a en place 5 kilos de produits congelés, l'apport relatif est relativement important
mais l'effet de réchauffement sera tout de même limité; avec 200 gr d'aliment, il sera insignifiant.
C'est donc la masse relative qui compte et un bol de lait tiède ou chaud n'aura pour conséquence que d'apporter un peu d'humidité. Les récipients fermés sont par contre toujours recommandés, afin de limiter le dessèchement des produits, ainsi que le givrage.
Il est important de garder une bonne masse réfrigérée au congélateur, et si il n'est pas suffisamment plein, mettez des bouteilles d'eau dedans (en plastique !!), avec un petit espace non rempli.
Ce raisonnement vaut pour la partie frigo. Si vous devez recevoir des invités, et donc avoir à charger le frigo après vos courses, mettez y préalablement deux ou trois bouteilles d'eau, et montez ou
accélérez le froid pendant quelques heures. Cela constituera une masse qui limitera le refroidissement avec la nouvelle nourriture (enlever progressivement les bouteilles pour faire de la
place si besoin est).
Les pingouins de l' Antarctique se rassemblent en grands nombre pour lutter contre le froid glacial, la masse elle-même opérant un mouvement complexe qui déplace ceux du centre vers le bord extérieur selon des règles obscures.
Il semble même y avoir parfois surchauffe au milieu !! à moins qu'ils manquent tout simplement d'un peu d'air frais (mon interprétation !).
Masse et humidité (sol).
une dépression dans le sol protège contre le dessèchement (culture en pays secs). Je me souviens de cela dans une certaine partie de la Yougoslavie de l'époque, où les légumes étaient cultivés dans des petites cuvettes individuelles, creusées dans le sol.
Masse et humidité (plantes et pelouse) :
Si vous partez en vacances l'été pour une longue période, rassemblez vos pots bien serrés, si possible dans un creux; protégez les du soleil en plaçant un écran.
Les rondeurs de la pelouse sèchent plus vite que les parties en creux.
La densité, c'est le rapport (division), entre poids et volume. On soupèse un melon pour savoir si il sera bon; car si il est plus lourd qu'un autre à volume égal, il y a des chances pour qu'il soit
plus sucré. Et meilleur.
L'eau, prise comme référence, a une densité de 1. (un décimètre cube, soit trois côtés de 10 cm, pèse 1 kilogramme).
Cela est valable pour de l'eau pure. L'eau de mer salée est plus dense et l'on y flotte mieux, la mer Morte étant de loin la plus salée (250 grammes /litre, c'est de la saumure !), dû à l'évaporation (mer fermée, altitude : moins 390 m, le
point le plus bas de de notre planète); mer Rouge (40 gr /litre) et Méditerranée (38 gr /litre), sont elles-mêmes plus salées que les océans (35 gr /litre) qui sont eux-mêmes un peu différents du temps où "le premier être vivant" est parti vivre sa vie sur terre, il y a 400 millions d'années(*)
Il existe de l'eau pure de plus grande densité, appelée "eau lourde" parce que constituée de plusieurs molécules de base (H2O) agglomérées, qui a été l'objet de batailles en Norvège pendant la dernière guerre mondiale (pour l'énergie atomique).
Les trucs. L'eau et le vin : on peut séparer vin et eau en versant le vin très doucement sur l'eau car il est plus léger (alcool) et il reste alors à la surface.
Les atolls ont bien souvent une eau très salée, qui limite la vie animale. Certains se sont trouvés surélevés à une certaine époque, sans aucune communication avec l'océan.
Les savants s'interrogent sur l'origine de l'eau : était-elle contenue dans la matière terrestre, est-elle venue de corps célestes ? ; la sonde Européenne Rosetta lancée en mars 2004 vers l'astéroïde (comète) 67P/Churyumov-Gerasimenkoy, à 675 millions de kilomètres,
y cherchera des indices.
Arrivée dans 10 ans. Mise à jour 2017. Rosetta est arrivée depuis et a livré quelques renseignements. Malheureusemnt mal tombée, et ne pouvant ni bouger ni se recharger, sa mission a été brève.
Un beau succès tout de même. En consolation.
La mer et l'homme.
Notre sang a toujours exactement les mêmes proportions (en pourcentage, non en quantité) de sel et d'oligoéléments (métaux, vitamines...) que les océans à cette époque et nous vivons toujours dans une sorte de mer intérieure primitive (sang, plasma..).
Avez vous constaté que de l'eau courante fait mal aux fosses nasales si vous l'aspirez alors que l'eau de mer passe sans dommage ? Nettoyez vous les fosses nasales avec ce "sérum", que l'on vend en vaporisateur (stérimar - mer stérile, ou autres présentation en doses unitaires C'est efficace et naturel.
Le bois plus léger que l'eau, flotte (rares exceptions) ! La terre a une densité d'environ 1.2, la pierre 1.5 à 3, chez les corps simples, le nombre d'électron de ses atomes détermine la densité; l'aluminium 2.7 (atome de 13 électrons), le fer 7.8 (26 électrons) -
le plomb 11.3 (82 électrons), le mercure 13.6 (métal liquide, 80 électrons), l'or 19.5 (79 électrons), l'uranium 18.7 (92
électrons).
l'OR est le plus dense des métaux: c'est donc un moyen de le distinguer du faux.
Sa densité est utilisée par les orpailleurs car il se dépose toujours au fond. Il est aussi le meilleur conducteur d'électricité et on peut le rendre si fin que l'on voit au travers (il devient vert par transparence).
Quand aux éléments radioactifs, dont les résidus sont courants, leur densité et dureté sont hélas utilisées pour perforer les blindages, avec les terribles conséquences que l'on sait (guerres d'Irak), sur les soldats et le peuples, non avertis (maladies graves, enfants monstrueux).
Etonnants effets de la masse d'un liquide (flottaison) :
près de Fréjus, l'ancien barrage de Malpasset montre des blocs de béton et d'enrochement énormes qui ont dévalé sur plusieurs centaines de mètres lors de sa rupture.
c'est maintenant une belle promenade, par le bas ou par le haut (garrigue).
On se demande toujours comment de tels éléments peuvent être emportés par les eaux en furie, que ce soient des arbres, pans de montagne, voitures, maisons ; la réponse est toujours "la puissance incroyable de l'eau".
C'est vrai mais très insuffisant, car il s'agit surtout d'un problème de densité : dans l'eau, le béton, la pierre, la voiture (essentiellement creuse), l'arbre pèsent bien moins et même rien
(voir ci-dessus densité de la pierre). Donc en réalité, l'eau n'emporte que des éléments relativement légers pour elle, aussi massifs soit-ils, qui suivent aisément son cours !
Question.
Voici un petit problème sur la densité, simple d'apparence mais qui demande réflexion: un bateau flotte dans un petit bassin dans lequel on peut mesurer très très
finement la hauteur de l'eau.
Un marin jette l'ancre dans l'eau : est-ce que le niveau de l'eau monte ou descend ?? ; commentaires : étant plus léger, le bateau monte n'est-ce pas ?? et l'eau doit descendre... mais d'un autre côté, il y a dans l'eau une ancre en plus maintenant... qui
fait remonter l'eau. Son niveau varie, c'est sûr, mais finalement dans quel sens ?
Réponse (chaque mot est écrit à l'envers ex , snad = dans) : snad el auetab al erreip ecalped nos sdiop aue'd. snad uae'l elle ecalped nos emulov aue'd, iuq tse erdniom (étisned
erreip erueirépus) ; uae'l etnom.
Masse, poids et énergie
Le saut du kangourou, de l'éléphant et de la puce... le démarrage de la grosse voiture puissante et du vélo.
La fusée.
Pour sauter haut et loin, le kangourou "est tout en cuisse", son corps en effet est relativement petit ; il en était de même pour quelques dinosaures qui, malgré l'énormité de leurs pattes antérieures ne
pouvaient pas sauter comme un kangourou.
On voit bien par ces exemples les limites de la puissance musculaire pour une masse (poids) élevé ; pour faire sauter un éléphant comme un kangourou, imaginez les cuisses, qui feraient peut-être 10 tonnes chacune, donc il faudrait faire sauter
25 tonnes ! (le poids des muscles augmentent avec le cube des dimensions et on arrive vite à une impossibilité). Quand à la puce, très légère, ses muscles sont très puissants par rapport au poids total et elle saute très et très haut pour sa taille.
Quand à la voiture très puissante, mais très lourde, elle peut être battue au démarrage par le vélo en petit braqué... sur quelques mètres.
Le guépard, léger et puissant, atteint 75 km/h en 2 secondes (mais n'a pas d'endurance).
Pour concrétiser l'exemple du monstrueux éléphant, qui peut prêter à sourire, voici un exemple qui vous convaincra : celui de la fusée Jupiter C (*) qui a envoyé le premier satellite Américain dans l'espace, le 31 janvier 1958,
après l'exploit du "Spoutnik" Russe, puis du chien. Haute de 22 mètres, la fusée pèse 28 tonnes; le carburant constitue l'essentiel de son poids : le satellite, lui, n'a que 65 centimètres de longueur et ne pèse que 8 kg. Les 25 tonnes de carburant du premier étage seront épuisées en 2
minutes et 25 secondes.
Je pense que vous avez déjà compris le rapprochement avec mon éléphant, car la fusée "est tout en cuisse" pour lancer un tout petit corps, avec une nuance d'importance car la graisse des cuisses de l'éléphant ne fondra jamais à cette vitesse (c'est en somme le carburant)
et de toutes façons, son pouvoir énergétique est sans commune mesure avec celui du carburant de la fusée qui est un gaz paralysant extrêmement dangereux, atteignant 2500 degré à la combustion !! (on parle d'hydrasine).
Une nouvelle notion intervient donc, celle du rapport puissance/poids très faible chez les êtres vivants par rapport aux énergies chimiques de combustion (moteur de voiture dit "à explosion", turbines à gaz, poudres, fusées).
Gardons aussi à l'esprit qu'il y a dans ces cas une très grande perte de matière par seconde.
- Dernière nouvelle (mars 2002), des savants américains ont fait leurs calculs pour déduire que le Tyrannosaure Rex de Jurassic Park (film) ne pouvait pas courir si vite (70 hm/h je crois) en raison de sa masse et de ses cuisses !!
(j'ai été entendu).
(*) A titre de comparaison, la première fusée Ariane, dont le lancement réussi date du 23 décembre 1979, pesait 210 tonnes (160 pour le premier étage), pour une masse mise en orbite de 2 tonnes (le troisième étage, soit environ 100 fois moins).
Carburant : hydrazine, tetraoxyde d'azote pour ses quatre moteurs du troisième étage (booster).
Pour être plus précis, il faudrait comparer aussi la hauteur des orbites, que je ne connais pas.
Remarque : le lancement des satellites est grandement facilité (requiert moins d'énergie) si on les lance près de l'équateur, comme sur notre base française/européenne de Kourou (Guyane) car on profite de la vitesse de rotation de la terre qui est nulle aux pôles et maximum à
l'équateur (en gros 40.000 km en 24 heures soit 1600 km/h !).
On comprend mieux que les Russes aient préféré s'associer à l'Europe pour lancer ses "Soyouz" à Kourou plutôt que de construire une coûteuse et aléatoire base flottante comme ils l'avaient envisagé.
Et l'Europe profitera de ses Soyouz.
Energie potentielle et Energie cinétique : - L'énergie potentielle (de position, possible) est celle qui pourrait être dépensée, comme pour le lac du barrage fermé, le stock de poudre ou de gaz de la fusée, l'essence du réservoir, l'énergie nucléaire.
Dans le cas du barrage, c'est la hauteur de chute (moyenne entre les deux niveaux de début et de fin) et la force provenant de la masse (1) d'eau écoulée qui détermineront la valeur de l'énergie (E = f (force exercée) multiplié par d (la distance de déplacement de cette force :
hauteur dans le cas présent ou distance pour un véhicule).
- L'énergie cinétique est celle qui est dispensée (quand on ouvre le barrage). L'énergie fait intervenir la masse et la vitesse, ce que nous avons déjà vu avec les satellites, l'éléphant etc, qui sera repris plus loin.
(voir la pression). Cette énergie est exprimé par une formule simple E (valeur de l'énergie, en Joules) = 1/2 M (la moitié de la masse en kilogrammes) multiplié par V ² (le carré de sa vitesse en mètres par seconde,
soit pour un exemple de 5 m/s, le chiffe 25). Joule : un Joule consommé par seconde donne une puissance de 1 watt (on connaît mieux).
Formule : E = 1/2 x M x V² x signifie "multiplié par".
(1) un peu difficile à comprendre, j'utilise ici une formule très personnelle : la masse, on l'a vu plus haut, est liée à la densité et à a quantité de matière ; c'est ordinairement ce que l'on appelle le poids mesuré par une balance, mais en physique on dit que la balance
pèse une masse et non un poids (ce qui n'est pas toujours vrai).
Les physiciens font en effet intervenir la notion d'accélération de la pesanteur, que l'on nomme G ; ce "G" (gravité terrestre) vaut 9,83 à Paris (un peu plus aux pôles, légèrement aplatis, un peu moins à l'équateur, plus éloigné du centre).
Un homme de 70 kilos pèse donc pour la physique, à Paris, 70 x 9,83 = 688,1 Newtons (on ne doit pas parler de kilos !!).
En fait, on arrondi souvent G à 10 et notre homme pèse à peu près 700 Newtons.
Pour revenir au barrage, l'énergie potentielle sera égale au volume d'eau libéré x (multiplié par) 1 (sa densité) x 9, 8 (ou 10 pour simplifier) x la hauteur moyenne de chute.
EXEMPLE : si l'eau tombe en moyenne de 100 mètres, pour un volume lâché de 1 milliards de mètres cubes, l'énergie sera de 980 milliards de Joules.
x signifie "multiplié par", mais dans les formules mathématiques, ce signe est remplacé par un simple point !
Revenons sur la gravité G de 9,8 ; ce nombre signifie que tout corps en chute libre est soumis à une accélération de 9,8 mètres par seconde du fait de l'attraction terrestre.
Explication : un parachutiste saute de l'avion sans ouvrir son parachute ; au bout de la première seconde il a une vitesse de 9,8 mètres seconde ; au bout de la deuxième seconde, sa vitesse est de 19, 6 mètres par seconde, puis de 29.4 et ainsi de suite ;
jusqu'à quand ? en théorie, jusqu'au sol ; en pratique, la résistance de l'air limitera la vitesse à environ 250, 270 km/heure. En se maintenant à l'horizontale,
on peut réduire et en plongeant, augmenter (c'est ainsi qu'un parachutiste peut en rattraper un autre en difficulté) ; et la plume qui s'est échappé de sa doudoune ? eh bien dans le vide d'air, elle le suivrait à la même vitesse !! mais ici, dans l'air et le vent, elle va batifoler un peu..
Ce qui serait différent à l'arrivée, c'est l'énergie ; ils arriveraient bien ensemble mais l'homme aura une énergie bien plus grande en raison de sa masse (souvenez vous : E = 1/2 x M x V ² ). x signifie "multiplié par").
Au plan des rapports énergétiques, strong> la fusion nucléaire (on pratique actuellement la fission), c'est à dire la transformation de l'hydrogène, comme sur le soleil, aurait un équivalent de 8 tonnes de pétrole par gramme d’hydrogène.
Je ne connais pas l'équivalent des liquides ou poudres utilisés dans les fusées par rapport au pétrole.
Notons qu'il s'agit là d'un équivalent énergétique et non de puissance (énergie consommable par seconde). Il n'est pas dit que l'hydrogène permettrait des rapports puissance poids importants.
Pour revenir sur ce point et être clair, l'énergie nucléaire actuelle de fission, si elle permet de faire naviguer un sousmarin
pendant des mois, ne peut en aucun cas l'envoyer dans l'espace. Il en sera vraisemblablemet de même pour la fission.
Quantité de mouvement.
Ce terme vous paraîtra plus clair et sympathique si je vous parle du jeu de boules, et plus particulièrement du
fameux "carreau" que l'on tente pour déloger une boule - trop bien placée - de la partie adverse. Alors, tu la pointes ou tu la tires ? le "carreau" réussi fait que la boule tirée reste sur place en envoyant au loin celle de l'adversaire.
Un jeu illustre bien ce transfert (brutal) d'énergie, la balance de Newton.
choc élastique : on pense à des boules de caoutchouc déformables et rebondissantes, mais c'est l'inverse car il faut que les boules soient dures et indéformables afin qu'elles puissent transférer toute leur énergie de mouvement (cinétique),
sans aucune perte interne par absorption.
La conclusion "antichoc" tirée de cet effet est qu'il convient "d'amortir" ce trasnsfert d'énergie dans le temps et l'espace. application aux voitures. Nos voitures "solides" d'après guerre, loin de protéger comme on le pensait alors, étaient des tanks mortels !
Si l'habitacle doit conserver une bonne tenue, tout ce qui est devant est déformable pour absorber l'énergie du choc.
FORCES ET MASSES
Transfert apparent d'équilibre de masses Tractiont et propulsion. La traction "tire" (tracte) et la propulsion "pousse". "Traction avant" ou "propulsion arrière" sont des redondances (pléonasmes).
Le véhicule. Au démarrage (accélération), les pneumatiques d'une traction avant patinent (cirent) car il y a transfert fictif des masses vers l'arrière alors qu'une traction arrière "se braque" sous l'effet de la poussée, ce qui accroît la pression sur les roues arrière et permet un meilleur départ.
Sans entrer dans le détail, la réalité est que la tracton avant tire une masse dont le centre de gravité est derrière, et se comporte comme une sorte de remorque, alors que la traction arrière pousse une masse dont le centre de gravité est devant, ce qui a forte puissance de démarrage, a tendance à la faire zigzaguer.
Ces deux forces - roues motrices et centre de gravité - produisent un basculement, soit vers l'arrière, soit vers l'avant.
Quel avantage pour la "traction", qui a fini par s'imposer. En virage, la traction des roues s'effectue dans le sens de la trajectoire. Mais surtout, elle libère le chassis de l'encombrant arbre de transmission ainsi que du pont arrière à différentiel. Meilleure tenue de route, habitacle libéré plus vaste, c'est significatif.
Le seul problème était celui des cardans avant, mais tiennent maintenant la vie e la voiture. Elle demeure moins agile et "réactive" au pilotage sportif que la proppulsion, que
Au freinage, il semble qu'il y ait transfert du poids vers l'avant du véhicule, et comme pour un vélo, les roues avant - chargées - freinent bien mieux que les roues arrière (à freins de même qualité et avec une égale adhérence, bien entendu).
Je dis fictif car la répartition des masses du véhicule ne peut être modifiée (sauf en formule 1 à une certaine époque) et qu'il s'agit en réalité d'un couple de forces, plus favorable ou défavorable.
Un même couple de forces explique la différence de tenue à la mer entre un voilier et un bateau à moteur. Un voilier tend à plonger de l'avant et traverse les vagues car la force du vent moyenne est largement au-dessus de celle qui freine la coque (l'eau). Et c'est tout le contraire pour un bateau à moteur, son hélice étant basse sous l'eau, il se cabre et saute sur les vagues puis retombe avec assez pitoyable constance.
Force centrifuge/centripète
La force centrifuge et son opposée, force centripète (celle qui "retient"), sont liées à la rotation des corps, ainsi qu'à leur masse.
Ces forces règlent l'ensemble de l'univers ou tout ne serait que rotation.
Nous ne tenons sur terre par une force dirigée vers le centre de la terre, mais il s'agit d'attraction réciproque de masses (terre/humain), la pesanteur, et non de force centripète.
La force centrifuge nait de l'inertie d'une masse devant un changement permanent de trajectoire par rapport à la ligne droite. La centrifugeuse expulse ainsi des grains fins ou de l'eau au travers d'un
tambour percé (lave linge à l'essorage).
La force centripète retient.
C'est celle qui l'on sent tirer en faisant tourner un poids (fil à plomb, pierre) retenu par une ficelle.
On constate qu'il faut tourner plus vite avec une ficelle courte qu'avec une longue. Si la ficelle est trop fine et casse sous l'effort de la rotation, la pierre s'échappe, mais ne part pss "à la verticale", soit dans la direction de la corde, comme on le ressent,
mais selon une tangente au cercle qu'elle parcourrait "sous la contrainte". C'est un princpe appliqué pour lancer un projectile en lui communicant une grande vitesse. La grande difficulté est de lâcher au bon moment ! (lancement du marteau en athlétisme : l'athlète pivote en faisant tourner le marteau à l'horizontale), Mais aussi fronde préhistorique ! (voir à la suite)
Lancement du marteau et satellites. On ne les fait pas tourner au sol avant parce qu'une bonne fusée les pousse au derrière, mais on les lance de même, cette fois dans une direction oblique par rapport au sol.
: la vitesse de lancement leur confère une énérgie qui tend à les faire s'échapper de la terre, mais elle les retient avec sa ficelle (la pesanteur). On croit généralement que les deux forces parviennent à un équilibre, mais c'est une utopie !
le satellite parcours une ellipse que la pesanteur lui impose : ne parvenant pas à s'échapper, il retombe et repart avec sa vitesse initiale puis revient et ainsi de suite.
Freiné par l'atmosphère ténue, il finira par retomber encore plus vite (il faut en détruire régulièrement).
Si l'on parvenait à réaliser l'équilibre, il parcourrait un cercle !
Plus l'orbite est basse, plus la vitesse de rotation (angulaire) doit être élevée. La vitesse angulaire, c'est le nombre de tours par seconde. Explication: ce qui compte, pierre ou
satellite, c'est leur vitesse réelle (dite linéaire) quel que soit le cercle parcouru; Si l'on trace deux cercles l'un dans l'autre (concentriques), on voit que pour pour un angle parcouru donné, exemple 10 degrés, la distance parcourue est plus grande sur le grand cercle que sur le petit,
donc, pour un même angle de rotation, la pierre (satellite) va plus vite sur le grand cercle que sur le petit. C'est le cas des électrons autour du noyau d'un atome, la couche extérieure d'électrons correspond au niveau d'énergie le plus élevé.
Pour s'échapper de la terre, un corps doit atteindre une vitesse d'environ 11 km par seconde, faute de quoi, il "retombe".
Application pratique.Les premiers hommes ont vite compris l'action de la force centrifuge: la fronde est initialement composée d'une ficelle et d'un petit étui qui permet de
faire tourner une pierre, en l'accélérant : il faut lâcher au bon moment mais ça va loin. A noter que le lancement du marteau, aux jeux Olympiques, procède de la même technique.
(voir plus haut)
suite colonne droite
La lune était alors très basse.A seulement 150.000 kilomètres de la terre, soit un peu moins de la moitié de la distance moyenne actuelle. Et c'était Il y a 420 millions d'années.
Elle tournait alors trois fois plus vite autour de la terre, ce qui illustre ce qui a été abordé sur les hauteurs d'orbites.
La toupie : la force centrifuge la fait tenir debout (comme le vélo par ses roues, en route).
Problème : pas moyen de la faire tourner droite et immobile, elle se déplace en oscillant sur son axe. C'est un mouvement normal dit "de précession". Notre
planète en fait de même en tournant autour du soleil (son axe sud-nord oscille de même).
La roue : la force centrifuge augmente avec le rayon, et c'est pour cela qu'une roue de bicyclette, malgré son faible poids, a une grande force d'inertie lorsqu'on la fait tourner en tenant les axes dans les mains ;
une grande roue apporte beaucoup plus de stabilité qu'une petite, même si celle-ci est plus lourde.
Aux roues et toupies, il faut associer tout ce qui essore, de la salade au lave linge, l'extraction par centrifugeage (graisses du lait, miel des plaques de la ruche, tri des pièces de monnaie, préparations médicales (séparation de virus)
Egalement ce qui régule ou a régulé (régulateur de Watt : deux boules s'écartent avec la vitesse et réduisent l'arrivée de vapeur). Un autre domaine est celui des sensations, utilisé dans les manèges de foire pour faire crier les gens, ou plus utilement,
l'inclinaison de la route dans les virages ou celle des wagons du train "pendulaire" italien dont les voitures s'inclinent dans les
virages, comme un avion.. et tellement d'autres..
Le gyroscope : nous l'avons vu pour la roue de vélo lancée, puis tenue en main par son axe ; la force centrifuge gêne tout changement d'orientation de la roue ! les gyroscopes jouets d'Antan, présentent cette même inertie, et c'est bien ce qui est mis à profit de nos jours pour dirige avions et fusées.
La technologie a permis de les miniaturiser, mais en contrepartie, ils doivent acquérir de très grandes vitesses de rotation (autour de 100.000 tours minute, d'où des problèmes d'axes).
Ces gyroscopes indiquent une direction stable, indépendamment des mouvements du boitier qui les contient, donc du véhicule .
Il fait trois gyroscopes pour surveiller les changements dans trois plans (si l'on tourne, monte, s'incline latéralement)
Effets néfastes de la force centrifuge : la force centrifuge n'est parfois contenue que par un contact (frottement au sol des pneumatiques), la résistance de la matière (meule, disque abrasif). Si le seuil de frottement ou résistance est dépassé ("la corde casse"),
la voiture s'échappe du virage ou la meule, disque abrasif, explose très dangereusement).
FORCES ET EQUILIBRE, COMPOSITION - polygone de sustentation
Constat: si toutes les forces appliquées sur un corps sont en équilibre (se compensent), rien ne bouge, mais le corps est soumis à des tensions (contraintes) internes.
Les contraintes internes sont redoutables car invisibles et un matériau peut craquer brutalement sous l'action d'un petit choc ou différence de température. Particulièrement pour le métal et le verre.
L'escabeau.
Un escabeau plié, plaqué contre le mur, ne tient que dans une seule position. Reposant au sol deux pieds, les deux autres sont en l'air. Il ne peut pas tenir si les deux pieds sur lesquels il repose sont contre le mur, car le poids des deux autres et
d'une partie des marches, extérieur, l'emporte.
Plaqué contre un mur. En tentant de se plaquer contre un mur ou une paroi, on reproduit un peu le cas de l'escabeau.
On est plus stable les talons contre le mur, car on peut se rejeter en arrière (le polygone passe par la pointe des pieds), d'autant que l'articulation de la cheville joue mieux dans ce sens.
En sens inverse, orteils et ventre contre le mur, si l'on s'écarte un peu, on ne peut plus se rattraper en arrière car le polygone est bien plus court côté talons, privé des muscles du pied et ses doigts.
Voir aussi ci-dessous AMUSANT, et DANGER.
Polygone de sustentation : les quatre pieds d'une table déterminent une surface géométrique appelée polygone de sustentation ; si l'on bascule la table sur deux des pieds, cette surface diminue jusqu'à ce que le centre de gravité de la table dépasse
ce qui n'est plus qu'une ligne entre les deux pieds : à ce moment, la table bascule. Vos pieds déterminent votre propre polygone de sustentation.
AMUSANT: appuyez vous contre un mur en plaquant votre côté droit contre (épaule, hanche, jambes, pied); essayez de lever le pied gauche. C'est impossible parce que votre centre de gravité est en dehors de votre polygone de sustentation, limité alors au pied droit.
C'est le même cas que l'escabeau ! (ci-dessus)
DANGER !! En montagne, sur un sentier étroit entre falaise, et ravin, et poussé par l'envie d'avancer, on peut se retrouver dans le cas de l'exercice ci-dessus ! la seule solution est de se placer dos au mur, toutes les parties du corps épousant au mieux la paroi, tête bien redressée, puis se déplacer
ainsi latéralement à petits pas. Cela nous est arrivé, limite angoisse, avec des oiseaux qui nous tournaient autour en piaillant !
Force et direction
(composition des forces)
Une force a souvent plusieurs effets, comme si c'était un attelage d'autres forces.
Cela se produit dès que la force ne s'exerce pas au bon endroit ou dans la bonne direction.
Voici quelques exemples pratiques qui vous permettront de réfléchir à un cas similaire, ou tout au moins, de vous poser la question, quel est le problème ?
La porte qui coince. Une porte frotte et coince sur le sol et vous la poussez au niveau de la poignée. Ce faisant, elle se déforme un peu et se coince davantage.
Vous constatez qu'en la secouant d'avant en arrière, ça va un peu mieux et elle s'ouvre par à coups.
Premier cas, la porte s'ouvre en poussant: il est préférable de pousser la porte par le bas pour faire un effort horizontal le plus près possible du frottement (ici, en bas) ;
pour cela, utiliser le pied ou le mollet et "soulager" la porte vers le haut en la soulevant un peu par la poignée.
Deuxième cas, la porte s'ouvre en tirant; c'est moins favorable car on ne peut que la "soulager" un peu vers le haut en tirant vers soi avec la poignée. Voir "réparer démonterr"pour réduire ou supprimer l'inconvénient.
Le rouleau de papier WC, un exemple simple. Un rouleau de papier est suspendu à une tige en U horizontal.
Une branche du U est fixée au mur où elle s'articule en a, tandis que l'autre branche traverse le centre du rouleau.
En tirant sur le papier avec une force p, le rouleau peut "coincer" contre le mur (*).
Cela tient au fait que l'on ne tire pas dans la direction de l'axe a pointillé).
De ce fait, la force que l'on exerce induit (crée) une autre force m dirigée vers le mur, qui tend à écraser le rouleau.
(*) Si le point d'appui m (axe) ne glisse pas trop (cas d'un rouleau de papier de grand diamètre, de papier vinyle rugueux au mur..).
Solution : on peut tirer à l'horizontale ou vers le haut mais il est préférable de mettre le rouleau dans l'autre sens, afin que la feuille se déroule contre le mur.
Dans cette position, le fait de tirer écartera le rouleau du mur.
Effet de levier ; on suppose que ça ne glisse pas. On a donc un point d'appui fixe m sur le mur, et l'on tire en p sur le papier.
Théoriquement, la force en v sera doublée, soit v = 2p. Pourquoi le double ? Le point sur le mur m est le point d'appui (axe) d'un levier constitué par le rouleau
lui-même, et la distance du papier déroulé au mur est double de celle du centre du papier au mur. La force en v est donc double.
Si le papier était résistant, ça tirerait plus fort que prévu sur l'articulation a.
Connaissant v, il serait plus facile de calculer les autres forces, mais l'objectif de cette approche est seulement de bien faire comprendre ce qui se passe.
Ceci est théorique et seulement approché car le rouleau n'est pas rigide (non déformable, et son trou n'est pas du diamètre de la tige (sans jeu important) et bien centré au milieu.
Mais c'est le principe qui compte
La brouette (clic sur le dessin);
La brouette offre également un bon exemple de composition des forces : la force exercée en poussant est également dirigée vers le bas puisque les poignées sont plus hautes que l'axe des roues. (même si vous avez de longs bras et de petites jambes)
; il s'ensuit que la force exercée peut être décomposée en deux forces, l'une dans la direction du déplacement (heureusement), l'autre vers le bas.
Cette dernière force est annulée par la résistance du sol si il est assez dur, mais le moindre caillou ou creux aura tendance à faire planter" la brouette.
Les brutes forcent comme un âne, les autres retournent la brouette et la tirent ; la deuxième force est cette fois dirigée vers le haut et la roue saute bien plus facilement l'obstacle.
Le piquet d'extrémité/angle de clôture (clic sur le dessin).
Le fil qui est tendu (h) exerce plusieurs forces décrites sur le dessin.
Le piquet/poteau vertical (Vh) tend à se soulever (sortir du sol) sous l'effet de la jambe de force jambe de force (<>j) qui elle-même tend à s'enfoncer.
IL faut donc coincer le piquet avec des pierres tassées, le cimenter, ou poser un ancrage avec une tige et une plaque (poteaux Telecom).
La jambe de force sera aussi calée au pied avec des pierres, dans un parpaing en cassant les cloisons qui gênent (ma solution), ou cimentée.
Le hamac.
Il offre un bel exemple de décomposition des forces, bien qu'un peu plus complexe que pour la brouette. Clic sur le dessin.
Le poids du corps G est "soutenu" par les deux forces t'1 et t'2 qui s'y opposent. Ces forces sont égales, mais de direction opposée, aux forces t1 et t2 qui tirent sur la toile, les cordages et les poteaux.
On construit ce que l'on appelle le parallélogramme des forces G, t'1, t'2 et p' (opposé du poids), en traçant des lignes qui sont parallèles.
Si l'angle que fait la corde et l'horizontale est de 30°, la force t'1 ou t'2 qui va tirer sur l'attache du poteau sera exactement égale au poids, par exemple 70 kg, ce que vous pouvez vérifier en faisant un dessin exact respectant les unités de valeurs (exemple, 1cm pour 10 kg).
La méthode mathématique donne ce résultat avec plus d'exactitude (sinus 30° = 1/2), mais les graphiques permettent de trouver la solution sans maths !!
Plus intéressant, si l'on tend la toile pour réduire l'angle à 10°, (il faut refaire le graphique, on verra que la force s'élève à environ 200 kg ! (sinus 10° = 0,173).
L'attache doit être solide et si on fixe un piton dans un mur (cloison de plâtre ou brique mince vivement déconseillée,
il faudra un gros et profond scellement dans une partie épaisse et solide (pilier par exemple).
En réduisant l'angle à zéro (impossible, mais c'est intéressant), la force devient.. infinie !
suite
suite hamac.. Cet exemple montre que les fils et câbles ne peuvent jamais être tendus complètement car leur propre poids l'interdit et malgré les apparences, c'est très tendu ! Qui plus est, les températures hivernales tendent encore plus
les câbles métalliques et la neige ou la glace peuvent les rompre.
Le calcul est ici plus complexe car le poids est réparti tout le long du câble et la courbe dite "de la chaînette" est résolue par un calcul d'approches successives (itératif).
La coupole
reprenons l'exemple du hamac, mais avec quelques modifications : le dessin est renversé et le hamac est une planche courbe souple.
Si on s'assied dessus, on voit que les forces qui tiraient sur les poteaux sont maintenant des forces qui les repoussent.
Quel intérêt ? son application par exemple aux toits de pierres, comme dans les cathédrales et mosquées ; celui-ci, par son propre poids repousse fortement les murs qui doivent être renforcés.
Voir "style roman et gothique".
Forces en mouvement (dynamiques)
Le caddie.
Roulant sur une allée en pente (travers), il permet de bien comprendre la composition des forces ; d'une part on le pousse droit devant soi et d'autre part il va de travers en raison de la pente du terrain.
Une méthode consiste à pousser le caddie en travers, c'est à dire aussi un peu vers le haut de la pente pour compenser "la dérive" et de maintenir la trajectoire.
Mais contrairement à l'avion ou au bateau qui n'ont pas d'appui au sol, le pilote du caddy lui en a ce qui change tout.
Personnellement, après divers essais, le plus pratique pour moi est de se placer à son côté pour le tirer vers soi par un de ses bords, en même temps qu'on le pousse en avant, ou placé de l'autre côté, on le repousse (bras ou hanche ou les deux). On déplace sa prise selon le résultat.
L'avion dérive dans le vent et le bateau dérive dans le courant : tous avancent "en crabe", c'est à dire de travers pour compenser le déplacement latéral intempestif.
Là s'arrête la comparaison, car l'avion et le bateau avancent toujours à la même vitesse sur leur axe, mais à une vitesse inférieure dans la direction du trajet réel.
Avion à l'atterrissage (clic sur le dessin)
l'avion en pointillé s'apprête à atterrir - à 200 km/h (108 nœuds) - sur la piste 75, dont le nom rappelle son orientation en degrés.
Cependant un fort vent "au 210° - on dit d'où vient le vent et non où il va, qui souffle à 92 km/h (49.7 nœuds), va singulièrement compliquer cet atterrissage.
Premier cas : l'avion a (en pointillés) est sur le point de se poser, proche du "décrochage". Mais il est déporté par le vent d'un angle de 13% vers la gauche.
Il va se retrouver en c pour se poser bien à gauche de la piste. Le graphique montre comment les forces et les directions se composent. Le parallélogramme des forces est tracé à partir de Vent 92
(km/h) et Avion 200 (km/h), qui donnent la composante A 265, à 13° gauche (ouest)
(diagonale verte).
Deuxième cas: Le pilote vole "en travers" d'un angle de 13% (avion b).
Il suit ainsi l'axe de la piste. Mais à l'instant où les pneus vont toucher le sol, en d, l'avion doit être remis dans l'axe de la piste ! moment délicat et très risqué si il y a des rafales.
Avec les grands avions "volant de travers", les pilotes peuvent se retrouver en biais au-dessus de la pelouse, alors que le train de roues principal est sur la piste !! un gros porteur de 250 à 450 tonnes ne se manie pas comme une brouette.
Autre difficulté, le vent modifie la vitesse "sol" par rapport à la vitesse "air", la seule à maintenir avec précision pour ne pas décrocher (voir ci-dessous, "vent arrière").
En vol, avec une vitesse de 850 km/h pour un Jet, le même vent aura naturellement des effets moindres (vitesse et angle) car sur le graphique, la flèche V200 sera bien plus longue (mesurera en proportion 850 au lieu de 200).
Il volera tout de même en biais pour conserver son cap.
L'exemple de course "en crabe" vaut pour un bateau (20 km/h) dans un courant marin (9.2 km/h); il maintiendra aussi un cap de 13° à droite (tribord) par rapport à sa destination.
VENT ARRIERE, danger.
On va supposer que le vent souffle dans le sens de la piste à 65 km/h. L'avion vole à 200 km/h dans la masse d'air qui se déplace elle-même à 65 km/h, donc, par rapport au sol, il vole à 265 Km/h ce qui est trop pour atterrir.
Il faudrait que sa vitesse par rapport au sol soit réduite à 200 km/h; est-ce possible ? non, il ne volera plus assez vite dans sa masse d'air qui le supporte pour se maintenir en l'air et va "décrocher" (tomber).
C'est pourquoi on décolle et on atterrit en principe toujours face au vent. Mais il y a des cas où.. et là, il faut de sacrés pilotes.
Amplification ou réduction simple des forces
Barre, chèvre, bras de levier, coin, matière mouillé, vis, palan, hydraulique ;>
Le principe qui régit l'amplification des forces est dans tous les cas le même : petite force avec grand déplacement = grande force avec petit déplacement.
Pensez aux moyens décrits ci-dessous pour résoudre vos problèmes ; j'en ai utilisés plus d'un à l'occasion, et même si ça prête à sourire, c'est efficace !
la barre portée par deux personnes (ou plus), permet de diviser le poids par deux à chaque extrémité. Un gros manche ou plusieurs petits manches en paquet permettent ainsi de soulever un lourd objet que l'on entoure de cordes
ou que l'on fait basculer sur un drap qui sera ensuite noué autour du manche.
Elle est utilisée dans les cirques où deux hommes font sauter l'acrobate qui se tient en équilibre au milieu. On peut penser aussi aux rouleaux qui libèrent du poids si de roulement est assez dure et lisse ; on utilise des rondins de bois placés sous l'objet
à déplacer ; dans le jardin, il faut mettre des planches.
Les rouleaux libérés à l'arrière sont remis devant : c'est un méthode millénaire.
la chèvre est un assemblage de deux poteaux liés à leurs extrémités de sorte qu'ils forment un V à l'envers (comme nos deux jambes écartées ;
on fixe des liens au sommet dont certains serviront à entourer la charge au sol et d'autres, plus longs serviront à tirer. La charge (lourde
pierre), est attachée court de sorte qu'étant au sol, la chèvre soit en biais. En tirant sur les longues cordes, la chèvre se redresse et
bascule de l'autre côté, soulevant la pierre et la posant un peu plus loin. On pense que les Anciens utilisaient couramment ce procédé ;
il a été évoqué pour le déplacement des pierres et statues en Égypte ainsi que sur l'île de Pâques, mais on aurait découvert depuis des
chemins de halage pour rondins (cette île a semble-t-il été ruinée par la surexploitation de la nature, la population étant devenue trop
importante pour ses ressources alors qu'elle n'avait plus de contacts avec l'extérieur).
le bras de levier, c'est la longueur du manche qui sert à décupler la
force que vous exercez ; exemple, avec une clé à molette, anglaise, multiprise : plus elles sont longues, plus l'effort exercé est important.
En contrepartie, le déplacement côté de la main devient de plus en plus grand. Le pied de biche permet d'exercer des efforts considérables car c'est une tige coudée de grande longueur d'un côté du
coude et très courte de l'autre côté : si le grand côté est 10 fois plus long que le petit côté, la force au bout du petit côté sera 10 fois plus
forte ; en exerçant un effort de 20 kilos, on produit 200 kilos, mais il faut avoir la place car le déplacement de la grande tige est aussi 10
fois plus grand ! aucune caisse ne résiste au pied de biche, ni aucune porte hélas !! Archimède aurait dit; "donnez moi un pont
d'appui et je soulèverai la Terre" c'est une image car n'oubliez pas l'importance du déplacement : il lui aurait fallu parcourir une
distance considérable avec ce levier géant !
Les "lanceurs de sagaie". Apparus il y a 20 mille ans, ils augmentent le bras de levier et donc la vitesse de lancement, qui pouvait atteindre 50 mètres/seconde (sagaie de 2 mètres).
Plus étonnant encore, ces lanceurs étaient parfois finement sculptés décorés, preuve d'un soucis d'esthétique, qui puise son inspiration dans le besoin de se distinguer.
Le coin. Il est plus redoutable que le levier ; un bon coin et une bonne masse maniée par un individu vigoureux fait sauter n'importe quoi,
même une porte blindée. Encore faut-il pouvoir le placer, avoir l'espace pour taper dessus et qu'il s'enfonce sans revenir en arrière.
La démultiplication de l'effort se produit par le glissement vers l'avant et l'agmentation de l'épaisseur; toutefois, cette démultiplication est assez faible. Ce qui joue, c'est l'effort de frappe qui est considérable.
Cette technique a une variante historique, le coin de bois mouillé. On enfonce un coin sec, puis l'on mouille. La puissance de gonflement est considérable.
suite colonne droite
L'effet de coin basé sur la dilatation/gonflement est connu depuis l'antiquité. De grands blocs de pierre étaient ainsi détachés de la masse. On creusait tout d'abord une ligne de fracture le long de laquelle on creusait des trous espacés.
On y introduisait à force des morceaux de bois que l'on mouillait, et la dilatation du bois faisait fende la pierre ! la dilatation peut exercer des forces considérables.
Les ébauches des obélisques ont été extraites ainsi.
La vis, pour d'autres usages. Plus technique, elle permet d'exercer aussi des efforts considérables car la démultiplication est importante entre la distance de rotation autour du filet de la vis (parcours sur le diamètre de la vis) et le
déplacement le long de la vis (la génératrice), soit entre deux filets consécutifs. Au diamètre de la vis s'ajoute au minimum l'épaisseur de l'écrou six pans, ou encore mieux la longueur de la clé qui prend les pans de l'écrou.
On appelle cela un vérin à vis. Le vérin associé au parallélogramme sert à soulever la voiture, c'est alors un cric ;
citons encore les étais de maçon qui supportent coffrages, plafonds ou encadrements. Et à la maison ? en réglant le niveau de votre
lave-linge ou celui de certains meubles et appareils, nous utilisons aussi des vérins (on visse ou dévisse les pieds).
La poulie, la courroie et le palan. le palan dérive de la poulie de puit, très ancienne : une corde fixée au plafond est enfilée dans une poulie libre possédant un crochet, puis passe sur une autre poulie,
fixée au plafond puis tombe au sol ; la charge est accrochée à la première poulie et en tirant sur la corde, le poids de la charge est divisé par deux. C'est le palan de base ; en augmentant le nombre de
poulies, on diminue d'autant l'effort .. pendant que la corde, elle, s'allonge.
Si l'on relie deux poulies de diamètres différents par une courroie on réduit également l'effort "à la manivelle" du côté de la petite poulie ;
ce système a été utilisé pendant longtemps dans les moulins et l'est encore dans l'industrie, les moteurs d'automobile etc.. Ce même principe s'applique aux vélos, avec une chaîne et des engrenages ;
on augmente dans ce cas l'effort, pour atteindre une vitesse plus grande, en "surmultipliant" ; le plateau du pédalier commande des roues dentées (pignons) plus petits, l'effet étant notablement accru par le grand
diamètre de la roue motrice (les premières "bicyclettes" avaient les pédales en prise directe (soudées) sur la roue avant.
La réduction par plusieurs poulies ou engrenages est une suite de réductions simples, dont les rapports de réduction s'additionnent (montre, horloge, boite de vitesses).
Si le premier rapport est de 2 (diamètre 2 fois plus grand pour la deuxième roue) et le deuxième rapport de trois (la troisième roue est trois fois plus grande que la deuxième), le rapport final entre la troisième et la première roue
est de 6. Avec trois roues, le sens de rotation final est le même que celui de la première roue.
Le vérin hydraulique fait appel à une technologie encore plus évoluée : la pression d'un fluide, en l'occurrence l'huile, associée à une démultiplication de l'effort basée sur le transfert d'huile entre deux
corps de pompe : un grand corps de pompe et un petit. Si l'on considère le principe "petite force avec grand déplacement = grande force avec petit déplacement", côté petite pompe on a un grand déplacement de la pompe,
alors que du côté grande pompe (le vérin lui-même), on obtient un petit déplacement puissant ; le cric hydraulique pour voiture est explicite : on donne de grands coups de pompe avec un long manche et la voiture monte très lentement sous
l'effet du cylindre, plus gros, vers lequel l'huile est transférée.
Le secret de la Tour Effel ? A l'origine, les quatre pieds étaient posés sur des vérins hydrauliques afin de pouvoir corriger un défaut d'assiette.
La Seine passe à proximité et le terrain n'était pas si sûr. Ces vérins ont ensuite été enlevés.
Force de résistance (frottement)
Quelle est la matière la plus résistante à l'étirement : un fil de chanvre, de lin, de nylon, d'acier, de kevlar ?
Le kevlar était le plus résistant (gilets pare-balles) mais il est battu par.. le fil d'araignée et les militaires Américains y pensent très sérieusement.
On en élève ! A quand des élevages intensifs de ces charmantes bêtes.. à donner des insomnies.
Résistance.
la résistance est définie comme une force qui s'oppose à une autre ; souvent, c'est une force de frottement (meuble sur le sol, véhicule dans l'air, bateau
dans l'eau etc. Il y a toujours un échauffement qui résulte de l'énergie à vaincre. L'homme préhistorique allumait le feu en
frottant un bâton.. l'outil, le frein, le raclement peuvent générer des étincelles, brûler ou faire rougir le métal. Et pour
se réchauffer les mains, on se les frotte.
AMUSANT.
Les forts en muscles s'exercent à tirer des wagons, des camions, des paquebots. on pourrait penser que le plus dur à faire bouger est le
gros paquebot de 20.000 tonnes. Ce n'est pas le cas car le camion, avec ses frottements internes et surtout ses pneumatiques qui se déforment, est le
plus difficile à faire bouger. Le pneu sur la route est ce qu'il y a de pire en matière de frottement au roulement (à sa vitesse de croisière, le
frottement des pneus consomme 80 % du carburant brûlé par un véhicule). Le wagon, malgré sa masse n'offre pas une énorme résistance à l'avancement si l'on peut vaincre la résistance
statique du départ. Le rail et la roue métallique offrent le moins de frottement au roulement. Mais pour revenir au Paquebot, un homme s'appuyant
dessus peut le faire bouger au bout d'une ou deux minutes. Il ne se passe rien de visible au début. Comment est-ce possible ?
Les liquides n'ont pas de limite de frottement statique; autrement dit, il n'y aucune résistance à vaincre au départ.
Au départ seulement, car il sera difficile d'imprimer une vitesse supérieure à 1 cm/ seconde en raison des frottements dynamiques (coque contre l'eau)
plus déplacement de la masse d'eau équivalente au bateau. Mais il se déplacera. Faites en l'expérience en vous appuyant un jour sur un beau
voilier ou bateau à moteur : au bout de quelques secondes, vous partirez à l'eau !
Action, réaction
: Dès quePour toute action on applique une force, comme pour pousser, tirer, faire levier, supporter, tourner.. La résistance à cette action est la réaction : exemple, posez un livre sur la table : le livre exerce une force verticale (son poids) et la table réagit avec une force égale et
opposée, faute de quoi le livre la traverserait !
Réaction : la nature a inventé la propulsion par réaction
: les organismes vivants parmi les plus anciens la pratiquent : seiches, méduses, nautile, certains bivalves (coquille saint Jacques..) ils propulsent de l'eau et partent en sens inverse !
Avion à réaction: c'est le même principe : le carburant brûlé passe violemment d'un volume liquide à un volume gazeux, qui exige un volume considérablement plus important, créant une énorme pression (explosion).
Du côté tuyère, les gaz sont éjectés, mais à l'opposé, ils poussent contre la chambre de combustion.
Analogie, le lancement des fusées et rockets, les déplacement des satellites, le recul du coup de fusil, canon ou pistolet, le recul du piston dans le cylindre du moteur à combustion.
AMUSANT, ou dangereux..
Un bel exemple de réaction, le tuyau d'arrosage qui virevolte quand on ouvre l'eau, l'effet étant dû à la courbure du tuyau.
La puissante lance du pompier, dangereuse, peut le renverser de l'échelle.
Tensions internes (pressions) des matériaux et matières ouvragées. Les matières peuvent être soumises à des forces internes (pressions, poids, poussées, tractions, torsions..) qui, lorsqu'elles sont libérées, provoquent par
déséquilibre (réaction) des cassures, explosions, coups de fouets etc.
Dans une mine, le poids des couches supérieures crée d'énormes pressions. Un coup de pic peut faire violemment éclater un bloc de pierre en libérant ses tensions
internes.
Dans d'autres cas, pareilles tensions peuvent être souhaitées car elles apportent une grande résistance au matériau, comme dans le forgeage des métaux, ou encore pour les pylônes en béton (EDF), dont le béton est comprimé (précontraint) sous l'action des
câbles qui ont été noyés dans la masse et qui sont très fortement tendus. Une fois le béton pris, on coupe les extrémités inutiles, et les bouts libérés partent comme des obus ! Ces tensions peuvent au contraire fragiliser le matériau en quelque points.
On sait les mettre en valeur pour les observer au sein même des métaux.
On pose un peu fort le bol de verre de la cafetière, ou on le rince à l'eau froide et Crac ! fêlée !
On ne comprend pas comment cela a pu se produire.
La rupture était peut-être déjà en préparation sans que rien ne se remarque. Les pièces coulées, puis étirées, vrillées, rapportées, malaxées, comme ici le
verre, sont inévitablement le siège de tension internes. Voici l'exemple d'une carafe qui s'est fêlée en arc juste dessous la anse.
Il y a eu raccord à chaud en ce point pour la souder et par suite, une pression qui a
contraint le verre autour du point. Il a suffit sans doute d'un léger choc, mécanique ou thermique (eau chaude), pour que ça se fêle.
DANGER !!
un câble très tendu représente un grand danger car si il casse, il revient en coup de fouet sous l'effet de ses tensions internes (réaction
contre la tension) et peut blesser, mutiler ou tuer (cas des chaluts trop chargés, amarres de remorquage en mer, treuils..).
Ne pas confondre : avec les
défauts de la matière - qui sont également recherchés lorsque c'est vital
(centrales nucléaires, matériel militaire et de sécurité etc. Il s'agit là
de ce qu'on appelle parfois des "pailles", c'est à dire une partie non
homogène, une impureté, une "inclusion", un manque partiel de matière, un
raté du traitement, etc.
toutes anomalies susceptibles de créer un point faible qui fera casser le produit en ce point.
A ne pas confondre non plus avec la partie d'une pièce qui
serait trop faible par sa conception ou sa dimension, choses assez courantes
et parfois volontaires, afin de diminuer la durée de vie d'un produit.
Poids masse accélération vitesse
- 
dessous (valeur énergétique de la nourriture, qui est une unité calorifique).
Sans entrer dans le détail, la réalité est que la tracton avant tire une masse dont le centre de gravité est derrière, et se comporte comme une sorte de remorque, alors que la traction arrière pousse une masse dont le centre de gravité est devant, ce qui a forte puissance de démarrage, a tendance à la faire zigzaguer.
Ces deux forces - roues motrices et centre de gravité - produisent un basculement, soit vers l'arrière, soit vers l'avant.
Comment se transmet l'énergie en fonction de l'inertie.
fameux "carreau" que l'on tente pour déloger une boule - trop bien placée - de la partie adverse. Alors, tu la pointes ou tu la tires ? le "carreau" réussi fait que la boule tirée reste sur place en envoyant au loin celle de l'adversaire.
Un jeu illustre bien ce transfert (brutal) d'énergie, la balance de Newton.
Le rouleau de papier WC, un exemple simple. Un rouleau de papier est suspendu à une tige en U horizontal.
Une branche du U est fixée au mur où elle s'articule en a, tandis que l'autre branche traverse le centre du rouleau.
En tirant sur le papier avec une force p, le rouleau peut "coincer" contre le mur (*).
Cela tient au fait que l'on ne tire pas dans la direction de l'axe a pointillé).
De ce fait, la force que l'on exerce induit (crée) une autre force m dirigée vers le mur, qui tend à écraser le rouleau.
