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Physique, plein de curiosités
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Posted by: lapras

Bonjour à tous,
J'ai été invité par un ami en espagne, et dans les petits temps morts, je n'ai pas pu m'empecher d'observer des phénomènes courants, et de me poser des questions ! (je ne peux pas m'empecher de vouloir tout savoir...)
Déja, en prenant un bain, j'ai observé deux choses :
Quand on enleve le bouchon du siphon de la beignoire, l'eau forme un "tourbillon" qui va toujours dans le même sens, pourquoi ?
Quand j'aproche ma main à (approximativement) 5 cm du siphon, ma main n'est pas attiré vers le siphon, mais quand je l'approche à 3 cm, c'est comme avec un aimant, ma main se plaque sur le siphon, pourquoi une différence si subite "d'attraction" ?
Comment calculer la distance entre la main et le siiphon pour que la main soit attiré "subitement" comme un aimant ?

J'ai d'autres questions (a propos des RER, des atomes , des photonsetc...)mais je pose celles la pour le moment ^^

merci d'avance,
vive la physique
bye

Posted by: lapras

Désolé, je me suis trompé de catagorie de forum, pouvez vous le déplacer dans "physique" ? merci

Posted by: Flodelarab

C'est tout simple.
ça s'appelle Coriolis
Ton siphon fera tourner dans l'autre sens si tu es dans l'autre hémisphère.

Après, le fait que t'a main s'écoule, n'a rien à voir avec le tourbillon.
Elle est attiré par la force de gravité vers le trou ... rien de bizarre :-)

Posted by: entropik

Bonjour,
Désolé, mais c'est loin d'être aussi simple, l'interprétation que fait Flodelarab de la force de Coriolis fait référence au mythe du lavabo. Il est d'ailleurs mentionné dans l'article de wikipédia qu'il te propose:

Citation:

Posté par Wikipédia, Force de Coriolis

Contrairement à une croyance populaire, la force de Coriolis due à la rotation du globe terrestre est trop faible pour avoir le temps d'influer le sens de rotation de l'écoulement de l'eau dans un lavabo qui se vide. Comme l'ont montré Arsher Shapiro et Lloyd Trefethen[2], pour percevoir une telle influence, il est nécessaire d'observer une masse d'eau stabilisée dans un très grand bassin circulaire (d'un diamètre de l'ordre d'au moins plusieurs dizaines de kilomètres pour un effet en centimètres). Dans le siphon d'un lavabo, le sens de rotation de l'eau est dû à la géométrie du lavabo et aux microcourants d'eau créés lors de son remplissage (ou lors d'une agitation de l'eau).

Une multitude d'autres sites parlent de ce mythe encore tant répandu: tatoufaux, blogue.sciencepresse , planet-terre, ens-lyon .

Il n'y a pas besoin de mettre le mot tourbillon entre guillemets, le mot est adéquat mais comme il en existe plusieurs types, on parlera de vortex pour être précis. Ce vortex que tu observes donc dans ta baignoire ne tournera pas nécessairement toujours dans le même sens, cela dépend, comme cela est expliqué dans les sites cités plus haut, de la géométrie du bassin et du mouvement initial des particules du fluide.

Pour répondre à ta deuxième question, je crois que la force de gravité n’est pas suffisante pour expliquer la force qui s’exerce sur ta main. Il faut en tenir compte puisque selon la hauteur du volume d’eau, elle sera plus ou moins forte. On pourra calculer la pression, il me semble, avec la formule : $\Large p=\rho.g.h$ (où $\Large \rho$ est la masse volumique, g la constante gravitationnelle et h la hauteur). Mais contrairement à ce qu’a dit Flodelarab, il me semble que, lorsque tu enlèves le bouchon du siphon, la force qui s’exerce sur ta main va varier pour se stabiliser lorsque le vortex sera formé. Comme tu le verras dans la définition d’Universalis, la vitesse des particules autour du vortex est inversement proportionnelle à leur distance par rapport à l’axe central. Ceci explique que plus tu rapproches ta main du centre, plus elle est soumise à une force élevée. Pour faire le lien entre la vitesse des particules d’eau et la force qui est exercée sur ta main, je crois qu’il faut simplement se servir de la deuxième loi de Newton ou « principe fondamental de la dynamique » (voir ici).
Ce phénomène n’a peut être rien de bizarre, mais il n’en est pas moins fascinant !

Posted by: entropik

Comme les vortex et l'effet de la force de Coriolis m'ont beaucoup intéressé, je te fais part de mes recherches si cela t'intéresse:

1.) Pour commencer, quelques petites définitions complémentaires sur :

1.1) la force de Coriolis: CNRS, Centre canadien de prévision d'ouragan , futura-sciences ,

Citation:

Posté par © Encyclopædia Universalis 2005

Le mathématicien français Gaspard Gustave Coriolis (1792-1843) publie en 1835 un article intitulé Sur les équations du mouvement relatif des systèmes de corps. Il y montre que l’accélération de tout corps en mouvement relatif par rapport à un repère en rotation comporte un terme proportionnel à la vitesse relative, terme qui n’existe pas dans le cas d’un repère inertiel. On obtient, en multipliant cette accélération par la masse, la force, dite de Coriolis ; elle est perpendiculaire à la vitesse et a pour effet d’imprimer au corps une trajectoire courbe par rapport au repère en rotation, alors que la trajectoire aurait été rectiligne dans le cas d’un repère inertiel.
Du fait de la rotation de la Terre, la force de Coriolis dévie tout mouvement vers la droite dans l’hémisphère Nord et vers la gauche dans l’hémisphère Sud. Elle a donc des implications énormes sur le déplacement des masses d’eau et des masses d’air : ainsi, la circulation générale des courants marins de surface prend la forme d’une boucle horaire dans l’hémisphère Nord et contre-horaire dans l’hémisphère Sud ; la trajectoire des alizés qui soufflent vers l’ouest de chaque côté de l’équateur se courbe vers le nord dans l’hémisphère Nord et vers le sud dans l’hémisphère Sud ; le sens de rotation des perturbations atmosphériques, des cyclones et des tornades suit le même principe. La force de Coriolis est nulle à l’équateur et augmente avec la latitude pour être maximale aux pôles.

1.2) le tourbillon et son cas le plus courant; le vortex:
wiki: tourbillon, wiki: vortex, futura-sciences, sur-la-toile ,

Citation:

Posté par © Encyclopædia Universalis 2005

En mécanique des fluides, on appelle vortex un type de tourbillon dans lequel la vitesse des particules du fluide en chaque point est inversement proportionnelle à la distance entre le point et le centre du tourbillon. Un tel tourbillon est physiquement irréalisable (la vitesse au centre serait infinie), mais peut être approché soit si, au centre du tourbillon, se trouve un solide, soit si le centre du tourbillon tourne comme un solide, c'est-à-dire avec une vitesse angulaire constante (vortex forcé).

Un cas réel de vortex est celui de l'écoulement d'un liquide par un orifice circulaire percé dans le fond d'un récipient : le sens de rotation, si la symétrie sphérique est parfaite, est imposé par le sens des forces de Coriolis dues à la rotation de la Terre. On trouve d'autres cas de vortex dans les écoulements autour de cylindres.

Par analogie, on appelle vortex les zones d'un matériau supraconducteur dans lesquelles les courants ont une structure tourbillonnaire. Ces vortex jouent un rôle fondamental dans les problèmes de pénétration et de quantification du flux magnétique à l'intérieur du supraconducteur.

2.) Ensuite voici différents sites plus ou moins complets mais tous assez intéressants :

2.1) force de Coriolis :
Cours complet sur la force de Coriolis, Programme d’information sur l’atmosphère, le climat et l’environnement de l’université de Manchester , site de 3 élèves de 1°S du Lycée Pape Clément sur les orages, tornades et cyclones, Réflexions sur la force de Coriolis , Force de Coriolis : légendes et réalités, site de 2 élèves de deuxième année du Magistère des Sciences de la Matière de l'ENS-Lyon : la mystérieuse force de Coriolis , quelques modélisations de l’effet Coriolis, modélisation de l’action des forces de Coriolis en météorologie, Dynamisme général de l'atmosphère et effet Coriolis , Le vent géostrophique et la force de Coriolis

2.2) les vortex :

2.2.1) les vortex dans l’atmosphère: les vortex en aérodynamique , Stratosphère et vortex polaire , l’ozone et le vortex polaire, photos de vortex vus de l’espace , un angle de vue assez rare pour un tourbillon en formation

2.2.2) les vortex en physique quantique :
la matière vortex , Condensats en rotation et vortex quantiques, un site en anglais (université d’Edinburgh) qui explique que les turbulences, malgré leur nature macroscopique, sont décrites par une sorte de mathématiques rencontrée en théorie quantique des champs

2.2.3) les vortex dans le cosmos :
Un vortex chaud inexpliqué sur Saturne (nouvelle du 6 février 2005) , Des vortex aux pôles de Saturne, un vortex sur Vénus , le double vortex sur Vénus (article plus détaillé)

2.2.4) discussions où l’on parle de vortex sur les forums d’Infoclimat : Le temps en Europe et dans le reste du monde , Evolution à plus long terme 1 , Evolution du climat , Evolution à plus long terme 2

Posted by: Dominique Lefebvre

Citation:

Posté par entropik

Il n'y a pas besoin de mettre le mot tourbillon entre guillemets, le mot est adéquat mais comme il en existe plusieurs types, on parlera de vortex pour être précis. Ce vortex que tu observes donc dans ta baignoire ne tournera pas nécessairement toujours dans le même sens, cela dépend, comme cela est expliqué dans les sites cités plus haut, de la géométrie du bassin et du mouvement initial des particules du fluide.

Bravo ! Apparement ton prof de mécanique n'est pas aussi mauvais que ça ! Plutôt que de te référer à un site quelconque, tu peux faire le calcul... c'est un excellent exercice.

Citation:

Comme tu le verras dans la définition d’Universalis, la vitesse des particules autour du vortex est inversement proportionnelle à leur distance par rapport à l’axe central. Ceci explique que plus tu rapproches ta main du centre, plus elle est soumise à une force élevée. Pour faire le lien entre la vitesse des particules d’eau et la force qui est exercée sur ta main, je crois qu’il faut simplement se servir de la deuxième loi de Newton ou « principe fondamental de la dynamique » (voir ici).

Pas exactement la deuxième loi de Newton, du moins pas directement. Le comportement d'un fluide en rotation est défini par l'équation d'Euler pour un liquide incompressible et non visqueux. S'il est visqueux, c'est l'équation de Navier Stokes.
cette équation donne la vitesse et la pression au sein du liquide en fonction de l'éloignement du centre d'écoulement. Amesure qu'on s'approche du centre d'écoulement, la vitesse augmente et la pression au sein du liquide diminue, ce qui donne sa forme à la paroie du liquide.
Notons que le terme "rotationnel" provient de l'application de la formule de Stokes à l'équation d'Euler (c'est pour la petite histoire...)

Posted by: entropik

Citation:

Posté par Dominique Lefebvre

Bravo ! Apparement ton prof de mécanique n'est pas aussi mauvais que ça ! Plutôt que de te référer à un site quelconque, tu peux faire le calcul... c'est un excellent exercice.

Malheureusement ce n'est pas lui qui me l'a appris, j'aurais aimé mais... heureusement qu'il y a de bonnes encyclopédies.

Citation:

Posté par Dominique Lefebvre

Ah la voilà, j'ai pourtant cherché une formule qui reliait vitesse et pression mais je ne trouvais pas.

J'aimerais bien faire le calcul mais je ne trouve pas l'équation de Navier-Strokes qui remplit les conditions et où je pourrais retirer la force (du moins sur Wiki).
Ce serait bien qu'on puisse ainsi comparer la force exercée sur la main à 3 cm de celle exercée à 5 cm. On peut déjà estimer la surface de la main à environ $125 cm^2$ . J'ai trouvé la viscosité dynamique $\Large \mu = 10^{-3} Pa.s$ et la compressibilité $\Large K = 2,3.10^9 \frac{N}{m^2}$ de l'eau à 20°C. Pourriez vous m'indiquer la bonne formule à utiliser?

Posted by: lapras

Bonjour,
malheureusement la rentrée approchant je n'ai pas le temps de lire tous ces articles qui m'ont l'air passionnant

Je dois avouer que je suis larguer même avec tes explications

j'ai aussi d'autres questions ^^
Qu'es ce qu'un éclair physiquement ? j'ai discuté avec une prépa et elle m'a dit que ca serait les nuages qui créerait un potentiel et donc les électrons serait attirés versla terre qui est la masse.
C'est vrai ? imcomplet ? Je peux savoir quand et où exactement et avec quelle tension l'éclair va tomber vers la terre ?

Es ce qu'il est possible de créer un vetement qui nous rend invisible aux yeux d'un humain ? il faudrait faire un phénomène de réfraction avec lesquels les photons soient déviés avec un angle de 90° par rapport à la normale. c'est réalisable ?

Est il possible de créer un RER qui n'ai pas besoin d'électricité d'un générateur pour fonctionner, c'est à dire que l'électricité de départ envoyé au RER soit utilisé par celui ci pour avancer mais qu'en avançant il y ai un circuit hydrolique qui se serve de l'énergie créé pour fabriquer de l'électricité et faire un schéma en boucle. Ca serait génial comme ca on aurait le moyen de rouler à l'infini sans énergie ^^

J'ai vu dans le film sur Einstein qu'un atome comportait une quantité d'énergie énorme, mais je ne comprend pas pourquoi, une prépa non plus ne savait pas trop, elle pensait que c'était lié aux intéractions des neutrons et des Protons mais bon c'est pas tres clair pour moi...

Comment faire changer le potentiel électrique de la borne + d'un GBF ?

voila voila, merci encore pour vos aides !

bye

Posted by: entropik

Citation:

Posté par lapras

Qu'es ce qu'un éclair physiquement ? j'ai discuté avec une prépa et elle m'a dit que ca serait les nuages qui créerait un potentiel et donc les électrons serait attirés versla terre qui est la masse.
C'est vrai ? imcomplet ?

Incomplet certainement. Un éclair est provoqué par la foudre. Il est intéressant de comprendre comment les nuages acquièrent un potentiel. Je vais te faire un petit résumé simplifié mais les articles de wiki (orage et foudre) sont particulièrement bien faits. Au début, c'est la différence de température dans l'atmosphère qui crée des courants. L'air chaud monte parce qu'il est plus léger, mais en même temps, dans la troposphère (première couche de l'atmosphère) la température diminue avec l'altitude. Il y a donc une interaction entre des molécules qui vibrent beaucoup en train de monter (surtout azote et vapeur d'eau) et d'autres beaucoup plus lente qui auraient plutôt tendance à descendre lentement et à s'agglomérer (masses d'air froid et petites gouttelettes d'eau issues de la vapeur d'eau qui s'est condensée ou carrément glace).
Le courant d'air chaud ascendant va bousculer les particules plus froides et c'est à ce moment qu'il va perdre ses électrons par frottement. On va donc se retrouver en général avec une masse d'air supérieure chargée positivement alors que la base du nuage possède un surplus d'électrons; elle est chargée négativement. A ce moment il peut se produire plusieurs types d'éclairs:
-intra-nuageux
-inter-nuageux
-nuage-sol.
L'éclair nuage-sol que l'on rencontre le plus souvent est dû au phénomène d'électrisation par influence: les électrons de la base du nuages vont repousser les électrons du sol. Une partie du sol devenant chargée positivement, il va se créer une différence de potentiel. Une fois qu'un certain nombre de charges se sont accumulées, l'éclair se déclenche pour rééquilibrer les potentiels. Il est possible que la direction de l'éclair soit de la terre vers le nuage mais c'est un cas plus rare et je ne saurais pas t'expliquer comment ça se produit, c'est une histoire d'interaction plus compliquée.

Citation:

Posté par lapras

Je peux savoir quand et où exactement et avec quelle tension l'éclair va tomber vers la terre ?

Pour savoir cela, il faudrait qu'on soit capable de connaître en temps réel la température, la vitesse de déplacement et l'état électrique de chaque molécule de l'atmosphère... Et encore, même si on le pouvait, on ne pourrait que trouver la probabilité qu'un éclair se produise avec une telle tension car il y a toujours du hasard.

Citation:

Posté par lapras

Es ce qu'il est possible de créer un vetement qui nous rend invisible aux yeux d'un humain ? il faudrait faire un phénomène de réfraction avec lesquels les photons soient déviés avec un angle de 90° par rapport à la normale. c'est réalisable ?

Changer la réfraction n'aurait pas d'intérêt car la réfraction est la déviation d'une onde lorsque celle-ci change de milieu. Ce que tu voudrais modifier c'est la réflexion, c'est-à-dire le changement de direction de l'onde dans le même milieu (en l'occurence l'atmosphère).
Même si tu parvenais à modifier la réflexion de toute les ondes lumineuses qui arrivent sur ton corps, elles seraient quand même déviées vers une direction, donc tu serais toujours visible pour un observateur placé dans cette direction. De toute façon c'est impossible car la réflexion dépend notamment de la géométrie et aucune géométrie ne te permettra d'être invisible.

Citation:

Posté par lapras

Est il possible de créer un RER qui n'ai pas besoin d'électricité d'un générateur pour fonctionner, c'est à dire que l'électricité de départ envoyé au RER soit utilisé par celui ci pour avancer mais qu'en avançant il y ai un circuit hydrolique qui se serve de l'énergie créé pour fabriquer de l'électricité et faire un schéma en boucle. Ca serait génial comme ca on aurait le moyen de rouler à l'infini sans énergie ^^

Tu fais référence au mouvement perpétuel je présume, un vieux rêve de physicien... il y a d'ailleurs encore toute une série de sites où des illuminés prétendent l'avoir démontré. Mais ne t'en fais pas, si c'était possible, ça se saurait.

Citation:

Posté par lapras

J'ai vu dans le film sur Einstein qu'un atome comportait une quantité d'énergie énorme, mais je ne comprend pas pourquoi, une prépa non plus ne savait pas trop, elle pensait que c'était lié aux intéractions des neutrons et des Protons mais bon c'est pas tres clair pour moi...

Effectivement les énergies de liaison à l'oeuvre au sein de l'atome sont énormes. 2 des 4 grandes forces de la nature agissent au niveau de l'atome: l'interaction faible et forte. C'est grâce à elles que notre soleil brille, que les étoiles ont élaborées les atomes dont nous sommes fait (voir nucléosynthèse stellaire) et que nos centrales nucléaires produisent de l'électricité, etc.

Posted by: lapras

Ok merci pour tes explications très claires !
bonne soirée

Posted by: entropik

En fait si je n'ai pas vraiment répondu au "pourquoi" de ta dernière question, c'est que je n'ai pas de réponse. C'est plus une question métaphysique. On sait qu'il y a un rapport entre la masse et l'énergie, Einstein l'a montré avec sa célèbre équation, mais dire pourquoi c'est comme ça et pas autrement, on en sait rien. Ce qu'on croit, c'est que si ce n'était pas comme ça, on ne serait pas là, et selon le principe anthropique, tout univers qui ne répond pas aux lois nécessaires à l'émergence de la conscience humaine n'existe pas.
Si tu veux comprendre d'où vient cette immense énergie des atomes, il faut étudier ce qu'on sait de l'univers primordial. Tout porte à croire que l'énergie nucléaire est potentiellement présente depuis la naissance de la matière. Il se trouve que lors du Big Bang, une incroyable énergie d'origine mystérieuse était capable de contrer la force d'attraction des quarks. Cette énergie était responsable d'une température au-delà de tout ce qu'on peut imaginer, elle dépassait le millier de milliards de kelvins. Il a fallu qu'elle diminue avec l'expansion pour que les premiers nucléons stables puissent se former. Je crois donc qu'on peut dire que l'énergie nucléaire est issue de la transformation de l'immense énergie gravitationnelle qui régnait à cause de l'énorme masse de l'univers primordial.

Posted by: entropik

Pour revenir à la cape d'invisibilité, on pourrait, mais on entre alors dans le domaine de la science-fiction, imaginer une combinaison qui générerait une sorte de champ magnétique déviant toutes les ondes visibles à une certaine distance du corps. Dès lors les reflets des rayons incidents n’éclaireraient plus que des particules de l’atmosphère alentour et on serait invisible.

Posted by: lapras

salut,
tes réponses sont vraiment passionnantes, j'adore ça, dommage qu'on ne puisse pas TOUT savoir, ca serait si bien, nottement sur le big bang.
Pour la cape d'invisibilité, en fait quelquechose me perturbe : la lumière , a moins d'être dévié" à un angle de 90° pile avec la normale, sera forcément visible a un endroit de la terre non ?

Posted by: Dominique Lefebvre

Citation:

Posté par entropik

En fait si je n'ai pas vraiment répondu au "pourquoi" de ta dernière question, c'est que je n'ai pas de réponse. C'est plus une question métaphysique. On sait qu'il y a un rapport entre la masse et l'énergie, Einstein l'a montré avec sa célèbre équation, mais dire pourquoi c'est comme ça et pas autrement, on en sait rien. Ce qu'on croit, c'est que si ce n'était pas comme ça, on ne serait pas là, et selon le principe anthropique, tout univers qui ne répond pas aux lois nécessaires à l'émergence de la conscience humaine n'existe pas.

La question posée portait sur l'origine de l'énergie "comportée" par les atomes. Question qui ne relève pas en elle-même de la métaphysique! Est-il encore besoin de rappeler que la physique propose des modèles qui répondent aux constats expérimentaux et qui proposent des réponses falsifiables aux questions que l'on se pose! C'est d'ailleurs la définition de la théorie scientifique...

Revenons à l'énergie "comportée" par les atomes. "E=mc^2" : que ne fait-on pas dire à cette équation, qui est d'ailleurs incomplète sous cette forme! Notons d'abord que ce n'est pas l'atome en lui-même qui dégage de l'énergie mais des transformations qu'on lui fait subir : une fission ou une fusion. Dans les deux cas, l'énergie produite provient de la modification du noyau et donc d'une action de l'interaction forte entre les composants du noyau.
Les physiciens possèdent des modèles assez convaincants qui expliquent pourquoi de l'énergie est produite quand un noyau fissionne ou quand deux noyaux fusionnent.

Je ne vois pas ce que le principe anthropique vient faire dans ce problème. Tout d'abord, il s'agit d'un concept métaphysique et pas physique. Son existence porte sur la nature et la valeur des grandes constantes de la physique et sur la constante cosmologique. Mais pas sur l'énergie que dégage un noyau qui fissionne. Bien que, évidemment, cette énergie aurait sans doute une valeur différente avec des constantes physiques différentes (la constante de structure fine en particulier).
La discussion du principe anthropique ne pas être une discussion scientifique, dans la mesure où cette théorie n'est pas falsifiable: on ne peut pas concevoir d'expérience qui affirmerait ou infirmerait l'hypothèse...

Citation:

Si tu veux comprendre d'où vient cette immense énergie des atomes, il faut étudier ce qu'on sait de l'univers primordial. Tout porte à croire que l'énergie nucléaire est potentiellement présente depuis la naissance de la matière. Il se trouve que lors du Big Bang, une incroyable énergie d'origine mystérieuse était capable de contrer la force d'attraction des quarks. Cette énergie était responsable d'une température au-delà de tout ce qu'on peut imaginer, elle dépassait le millier de milliards de kelvins. Il a fallu qu'elle diminue avec l'expansion pour que les premiers nucléons stables puissent se former. Je crois donc qu'on peut dire que l'énergie nucléaire est issue de la transformation de l'immense énergie gravitationnelle qui régnait à cause de l'énorme masse de l'univers primordial.

Tout ça est assez approximatif! On ne parle pas de matière au moment du big bang et à vrai dire, on a pas pour le moment idée de ce dont il s'agit.
Les théories physiques actuelles s'appliquent plutôt dans les quelques secondes (ou fractions) qui le suivirent,la théorie de l'inflation en particulier. A ce moment là, il n'exitait pas de particules, pas de lumière et pas de masse non plus!
Les différents types d'interaction n'étaient pas différentiés et donc il est inapproprié de parler d'interaction gravitationnelle! Sans parler de masse bien sur! La masse est sans doute due à une particule "messager" de l'interaction gravitionnelle, particule que l'on ne connait pas encore mais que l'on a nommé le boson de Higgs.
Il est possible et même probable que l'on ne sache jamais ce qu'il s'est produit au moment 0 et donc avant. Bien cela n'empêche pas les physiciens de faire des conjectures, mais il y fort à parier qu'elles resteront des oncjectures très longtemps.

Posted by: lapras

Si il n'existait ni photons, ni gravitons, ni atomes ni aucune particule comment le big bang a pu être créé ?

Posted by: Dominique Lefebvre

Citation:

Posté par lapras

Si il n'existait ni photons, ni gravitons, ni atomes ni aucune particule comment le big bang a pu être créé ?

C'est une question qui n'est pas du ressort de la physique!

Posted by: entropik

Citation:

Posté par Dominique Lefebvre

Notons d'abord que ce n'est pas l'atome en lui-même qui dégage de l'énergie mais des transformations qu'on lui fait subir : une fission ou une fusion. Dans les deux cas, l'énergie produite provient de la modification du noyau et donc d'une action de l'interaction forte entre les composants du noyau.

D'accord mais on peut quand même dire que l'atome possède une énergie de liaison potentielle avant même d'avoir effectué la moindre fission ou fusion non?

Citation:

Posté par Dominique Lefebvre

Les physiciens possèdent des modèles assez convaincants qui expliquent pourquoi de l'énergie est produite quand un noyau fissionne ou quand deux noyaux fusionnent.

Oui, par contre, ils n'ont pas vraiment, du moins à ma connaissance, de modèle qui explique pourquoi chaque atome détient une si grande énergie potentielle.

Citation:

Posté par Dominique Lefebvre

Je ne vois pas ce que le principe anthropique vient faire dans ce problème. Tout d'abord, il s'agit d'un concept métaphysique et pas physique. Son existence porte sur la nature et la valeur des grandes constantes de la physique et sur la constante cosmologique. Mais pas sur l'énergie que dégage un noyau qui fissionne. Bien que, évidemment, cette énergie aurait sans doute une valeur différente avec des constantes physiques différentes (la constante de structure fine en particulier).
La discussion du principe anthropique ne pas être une discussion scientifique, dans la mesure où cette théorie n'est pas falsifiable: on ne peut pas concevoir d'expérience qui affirmerait ou infirmerait l'hypothèse...

Je suis bien d'accord, il est important de préciser qu'on sort ici de la théorie scientifique. J'invoquais le principe anthropique pour justifier le fait que si les atomes ne possédaient pas, à l'origine, une telle énergie de liaison, nous ne serions pas là pour nous demander pourquoi elle est là.

Citation:

Posté par Dominique Lefebvre

C'est approximatif mais au moins c'est un début de réponse. Je suis d'accord pour l'absence de lumière car il a fallu que la température descende à 3000 K pour que les électrons puissent se lier aux noyaux et émettre des photons mais comment justifiez vous l'absence de particules et de masse?

Reeves parles bien de masse dans ce passage:

Citation:

Posté par Reeves, "Dernières nouvelles du cosmos"

L'univers des premiers temps se présente à nous sous la forme d'une matière fluide, incandescente, isotherme, à très haute température et à très haute densité. A cause de sa masse immense, son énergie gravitationnelle est extrêmement élevée

Maintenant je ne sais pas ce qu'il entend exactement par "premiers temps".

Je sais qu'il y a une période de l'univers primitif où matière et antimatière étaient en quantités égales. Une particule spéciale (un kaon si je me souvien bien) a fait pencher la balance du côté de la matière. On sait que la probabilité que ce phénomène se produise était faible, et de nouveau selon le principe anthropique, si matière et antimatière avaient pu coexister comme au début, nous ne serions pas là pour en parler. Mais je me suis posé une question à ce sujet; si la balance avait penchée en faveur de l'antimatière, un monde comme le nôtre aurait-il été possible? Connais-t-on assez bien l'antimatière pour dire si ses propriétés sont similaires à celles de la matière?

Citation:

Posté par Dominique Lefebvre

Les différents types d'interaction n'étaient pas différentiés et donc il est inapproprié de parler d'interaction gravitationnelle!

Quel terme serait plus adéquat? Interaction primordiale?

Citation:

Posté par Dominique Lefebvre

Sans parler de masse bien sur! La masse est sans doute due à une particule "messager" de l'interaction gravitionnelle, particule que l'on ne connait pas encore mais que l'on a nommé le boson de Higgs.
Il est possible et même probable que l'on ne sache jamais ce qu'il s'est produit au moment 0 et donc avant. Bien cela n'empêche pas les physiciens de faire des conjectures, mais il y fort à parier qu'elles resteront des oncjectures très longtemps.

Peut-être mais vu le nombre de chercheurs qui s'acharnent à découvrir ce qu'est la matière noire et l'énergie sombre (nécessaires pour expliquer la formation des étoiles et galaxies mais aussi les vitesses de rotation des astres), on finira bien par en apprendre de nouvelles choses.

Posted by: Dominique Lefebvre

En première lecture : 3000 K tu es sur! La température de surface du soleil (ou d'une simple torche à plasma), tout ce qu'il y a de plus matériel est largement supérieure à 3000 K!

Posted by: entropik

Je n'ai pas fait les calculs pour arriver à ce nombre mais c'est bien la valeur que cite Reeves dans "Dernière nouvelle du cosmos" pour la température du découplage du rayonnement. Voici un des extraits où il en parle:

Citation:

Posté par Reeves

Les mesures de Penzias et Wilson nous ont montré l'existence du rayonnement fossile. Le satelliste COBE a mesuré avec précision les propriétés de ce rayonnement. Il nous donne la température de l'univers aujourd'hui: 2,736 K. Pour expliquer l'existence de ce rayonnement et ses propriétés, il faut supposer que l'univers a atteint dans le passé une température supérieure à 3000 degrés. Il a été émis à une époque où les galaxies et les étoiles n'existaient pas encore. A ce moment, les électrons et les protons du plasma cosmiquese sont combinés pour former les premiers atomes d'hydrogène. Cette époque se situe environ quinze milliards d'années avant le moment présent.

Le livre date de 1994 mais l'article de Wikipédia donne une valeur très proche:
"La recombinaison et le découplage du rayonnement se sont produits environ 380 000 ans après le Big Bang, quand les distances étaient environ 1 100 fois plus petites et la température 1 100 fois plus élevée qu'aujourd'hui."
Ils donnent pour valeur de la température actuelle du cosmos 2,726 donc elle serait à l'époque de 2998,6 K. L'arrondissement à 3000 me semble acceptable.

Posted by: entropik

Citation:

Posté par lapras

salut,
tes réponses sont vraiment passionnantes, j'adore ça, dommage qu'on ne puisse pas TOUT savoir, ca serait si bien, nottement sur le big bang.
Pour la cape d'invisibilité, en fait quelquechose me perturbe : la lumière , a moins d'être dévié" à un angle de 90° pile avec la normale, sera forcément visible a un endroit de la terre non ?

Si l'on pouvait tout savoir, l'humain serait terriblement ennuyeux, tout le monde finirait par savoir tout et n'aurait plus rien à dire aux autres. Heureusement que la capacité de mémorisation de notre cerveau est limitée et que la sélection de l'information varie d'un individu à l'autre!

Même si la lumière est déviée avec un angle de 90° ( ce qui n'est pas possible je pense), elle serait toujours visible quelque part. Elle éclairerait donc la surface sur laquelle elle serait réfléchie. Ce qu'il faudrait c'est qu'une sorte de champ magnétique soit suffisamment puissant pour maintenir les photons à une certaine distance de ton corps. Il faudrait qu'aucun photon ne soit en mesure d'entrer en interaction avec les atomes de la surface de ta combinaison. Là on pourrait dire que tu serais invisible.

Posted by: Dominique Lefebvre

Quelques précisions à propos des températures primordiales (par chance, j'ai un dossier sous la main traitant de ce pb!):

10^-43 s : T=10^32 K : gravité quantique - supercordes
10^-35 s : T=10^28 K: inflation
10^-11 s : T=10^15 K: rupture de symétrie électrofaible : différentation interactions électromagnétique et faible
10^-5 s : T=10^12 K :formation des protons et des neutrons
10^2 s :T=10^9 K formation des noyaux d'hélium et autres éléments
380 000 ans : T=2700K formation des premiers atomes neutres.

Posted by: entropik

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Posté par lapras

Si il n'existait ni photons, ni gravitons, ni atomes ni aucune particule comment le big bang a pu être créé ?

C'est claire que là on est en plein dans la métaphysique. Mais dans la mesure où les questions de métaphysique sont issues de l'observation et la tentative de compréhension du monde physique, il me semble qu'il n'est pas déplacé d'en parler, même sur un forum mathématique. Pour moi les mathématiques n'ont d'intérêt que si on les considère avec une vision holistique de l'homme.

Posted by: Dominique Lefebvre

c'est l'affirmation "que la température descende à 3000 K pour que les électrons puissent se lier aux noyaux et émettre des photons " qui est fausse! L'émission de photonsest bien antérieure à cette date! Il se trouve qu'ils étaient absorbés par la soupe de gluons et donc que leur rayonnement n'est pas visible aujourd'hui dans le rayonnement fossile, et pas qu'il n'y avait pas d'émission de photons!

Posted by: Dominique Lefebvre

Je précise mon affirmation: l'interaction électromagnétique est apparue à la rupture de symétrie électrofaible à 10^-11 s. Or les photons sont les vecteurs de l'interaction électromagnétique!

Posted by: entropik

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Posté par Dominique Lefebvre

c'est l'affirmation "que la température descende à 3000 K pour que les électrons puissent se lier aux noyaux et émettre des photons " qui est fausse! L'émission de photonsest bien antérieure à cette date! Il se trouve qu'ils étaient absorbés par la soupe de gluons et donc que leur rayonnement n'est pas visible aujourd'hui dans le rayonnement fossile, et pas qu'il n'y avait pas d'émission de photons!

Oui c'est vrai que je me suis mal exprimé, je sous entendait émission de photons par des atomes plutôt stables qui ne risquent plus de les recapturer après.

Posted by: Dominique Lefebvre

Une autre précision: on pense que les particules ont acquis leur masse vers 10^-10 secondes après le big bang alors que la température était de 10^14 K. C'est l'énergie à laquelle on cherche le boson de Higgs au Fermilab ou au LHC...

Posted by: entropik

Ah d'accord, donc on peut parler de masse dès la première seconde de l'Univers

Posted by: entropik

Mais, pour en revenir à la question initial, pourriez vous m'indiquer la bonne formule a utiliser pour calculer la force qui s'exerce sur la main dans la baignoire à 3 puis à 5 cm du vortex? Il y en a plusieurs de Navier-Strokes et je ne trouve pas celle qui convient.

Posted by: Dominique Lefebvre

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Posté par entropik

Mais, pour en revenir à la question initial, pourriez vous m'indiquer la bonne formule a utiliser pour calculer la force qui s'exerce sur la main dans la baignoire à 3 puis à 5 cm du vortex? Il y en a plusieurs de Navier-Strokes et je ne trouve pas celle qui convient.

veux-tu tenir compte de la viscosité de l'eau ou non?

Posted by: entropik

Oui je veux bien, enfin il faut voir si ça ne rend pas le calcul trop compliqué

Posted by: Dominique Lefebvre

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Posté par entropik

Oui je veux bien, enfin il faut voir si ça ne rend pas le calcul trop compliqué

Malheureusement, c'est compliqué et même sans solution analytique pour l'instant...

Lorsqu'on considère la viscosité nulle et le liquide incompressible, on peut utiliser l'équation d'Euler:

rho*(v.grad)v +rho*dv/dt = rho*g - gradp
(d/dt est l'opérateur dérivée partielle)

Cette équation relie, comme tu le notes, la pression et la vitesse du fluide. Il en existe plusieurs formes, équivalentes sur le plan de l'écriture vectorielle.

Lorsque la viscosité est non nulle (le cas réel), on utilise l'équation de Navier Stokes. Là aussi, il en existe plusieurs écritures. Pour rester cohérent avec mon écriture de l'équation d'Euler, Navier-Stokes devient:

rho*(v.grad)v +rho*dv/dt = rho*g - gradp + nu* $\Delta$ v.

Il s'agit là du cas simplifié où l'on considère que le fluide est incompressible.

Le terme ajouté à droite induit une non-linéarité, ce qui fait que sauf cas très particulier, cette équation n'a pas de solution analytique. Sa résolution occupe d'ailleurs la moitié du travail des physiciens numériciens et sa théorie est l'un des défits majeurs aux mathématiciens...

Posted by: Joker62

Un petit message pour dire que lorsque moi je suis dans mon bain
Je me lave et je pense pas :)

Posted by: Dominique Lefebvre

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Posté par Joker62

Un petit message pour dire que lorsque moi je suis dans mon bain
Je me lave et je pense pas :)

Rien ne vaut une douche! Pense à la planète... Et puis, t'auras donc plus de temps pour penser :-))

Posted by: Joker62

Oui évidemment, et une douche ça réveille en plus :)

Posted by: lapras

Ah oui au fait, par quel procédé chimique on peut enlever le clhorure de sodium de l'eau de mer, à part par évaporation ?

Posted by: Dominique Lefebvre

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Posté par lapras

Ah oui au fait, par quel procédé chimique on peut enlever le clhorure de sodium de l'eau de mer, à part par évaporation ?

Ultra-filtration, osmose inverse, etc...

Posted by: entropik

Donc si j'ai bien compris, je peux abandonner l'espoir de trouver une solution numérique à cette équation avant mon doctorat de physique...

Posted by: entropik

Savez vous si l'antimatière a les mêmes propriétés que la matière? Pourrais-t-on imaginer un monde comme le nôtre fait d'antimatière?

Posted by: Dominique Lefebvre

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Posté par entropik

Donc si j'ai bien compris, je peux abandonner l'espoir de trouver une solution numérique à cette équation avant mon doctorat de physique...

Bonjour,

J'iamgine que tu parles des solutions de l'équation de NS!
Non, tu peux avant... On apprend dans les fac et les écoles, an niveau L3 et surtout M1, en France, les schémas numériques qui permettent de résoudre une telle équation.
Mais pour que cela soit vraiment efficace, il faut aussi le cours de mécanique des fluides qui permet de la construire.

Posted by: Dominique Lefebvre

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Posté par entropik

Savez vous si l'antimatière a les mêmes propriétés que la matière? Pourrais-t-on imaginer un monde comme le nôtre fait d'antimatière?

Non, pas toutes les mêmes propriétés !Mais des propriétés analogues. Et elles sont bien connues, car on fabrique de l'anti-matière tous les jours dans les accélérateurs, au CERN et ailleurs...

Quant à un anti-monde, je n'en sais rien! C'est effectivement une spéculation courante chez les cosmologistes....

Posted by: Joker62

Ra la la
Faut pas lire "Ange et démon" ( Dan Brown )

Posted by: entropik

Bonjour,

C'est amusant, il y a donc des machines qui passent leurs journées à créer de l'antimatière? C'est dans les cyclotrons qu'on en fabrique?
J'ai lu récemment qu'on avait découvert que l'antimatière permettait de détruire les tumeurs en faisant moins de dégâts au reste du corps qu'avec de la matière. Comment fais-t-on pour transporter les antiprotons dont a besoin le secteur médical? Je suppose qu'il faut bien les isoler car au contact de la matière , ils ont tendance à se désintégrer non?

Pour en revenir à l'équation d'Einstein, sous quelle forme est-elle complète? Ne peut-on vraiment pas dire qu'elle fait le lien entre l'énergie et la masse? C'est quand même ça son but non? C'est ainsi qu'on sait que chaque seconde, le Soleil transforme l'équivalent en masse de 44 000 pétroliers (je crois) en lumière, non?

Posted by: Dominique Lefebvre

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Posté par entropik

Bonjour,

C'est amusant, il y a donc des machines qui passent leurs journées à créer de l'antimatière? C'est dans les cyclotrons qu'on en fabrique?

Je ne vois pas ce que cela a d'amusant, mais bon! En fait, des positrons (ou positons, comme tu veux) et autres anti-particules sont des sous-produits des collisions provoquées pour étudier la structure du noyau. Si ça t'intéresse, vas sur le site du CERN.
Et non, ce ne sont pas des cyclotrons! Un peu vieillot comme techno... c'est bon pour lesproblèmes de term, ça les cyclotrons, oupour bidouiller un petit faisceau dans un coin! Et encore, on fait maintenant des accélérateurs linéaires de poche, j'exagère mais à peine!

Citation:

Pour en revenir à l'équation d'Einstein, sous quelle forme est-elle complète? Ne peut-on vraiment pas dire qu'elle fait le lien entre l'énergie et la masse? C'est quand même ça son but non? C'est ainsi qu'on sait que chaque seconde, le Soleil transforme l'équivalent en masse de 44 000 pétroliers (je crois) en lumière, non?

La forme complète de l'équation d'Einstein est E^2 = p^2c^2 +m0^2c^4. Et on l'exprime sous cette forme!
E représente l'énergie totale du système considéré. p représente l'impulsion du système et m0 sa masse au repos.

Au repos (impulsion nulle), on appelle "énergie au repos", la quantité E0 = m0c^2.

En prtaique, on utilise plutôt la formule $\delta E = \Delta m c^2$ .

Si l'on y regarde de plus près, l'énergie totale d'une particule élémentaire est en mécanique relativiste une quantité positive, constante et directement liée à la masse. c'est ce qu'exprime E=mc^2.

C'est ainsi que l'on évalue souvent la masse des particules en unité d'énergie, comme l'électron-volt. Un électron au repos (c'est théorique) a une masse de 0,51 MeV.

Ce qui me permet de rebondir sur un point qui pose souvent problème: la masse du photon. Beaucoup ne comprennent pas pourquoi on dit que la masse du photon est nulle alors qu'il possède une certaine énergie. En fait c'est la masse au repos du photon qui est nulle. Mais comme le photon n'est jamais au repos, l'équation d'Einstein nous indique que sa masse mp = E/c^2.

Posted by: entropik

Merci pour vos lumières! Mais même sur le site du CERN ils n'expliquent pas comment ils s'y prennent pour transporter les antiprotons de l'accélérateur jusqu'à l'hopital pour pratiquer une isodose en vue d'éradiquer des tumeurs.

Posted by: Dominique Lefebvre

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Posté par entropik

Merci pour vos lumières! Mais même sur le site du CERN ils n'expliquent pas comment ils s'y prennent pour transporter les antiprotons de l'accélérateur jusqu'à l'hopital pour pratiquer une isodose en vue d'éradiquer des tumeurs.

Si j'en crois ce que j'ai vu dans différents services de médecine nucléaire, le faisceau est produit sur place grâce à des "petits" accélérateurs (d'où l'intérêt des accélérateurs de "poche"!).
Techniquement, un faisceau d'antiprotons se transporte comme un faisceau de protons! Dans un tube sous vide, tu créé un champ électromagnétique approprié et tu y injectes tes particules... Evidemment, il faut éviter que le faisceau ne touche les parois! Mais rassures-toi, ce ne sera pas la fin du monde! Tout juste un beau court-circuit et un tunnel d'accélérateur à changer!

Posted by: entropik

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Posté par Dominique Lefebvre

Oui mais comment fais-t-on pour les injecter? on ne se promène pas avec ses protons en poche, arriverait-on à capter des protons libres dans l'atmosphère? ou alors on capte des neutrons libres qu'on transforme en proton?

Posted by: Dominique Lefebvre

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Posté par entropik

Mais non, on les fabrique!
Les accélérateurs servent à accélérer un faisceau d'électrons, de protons ou d'ions pour bombarder une cible choisie selon les particules qu'on veut obtenir.
On fabrique un faisceau d'électrons en chauffant des filaments et des protons (ou des ions) en ionisant de l'hydrogène ou de l'hélium ou autre selon les besoins.

Posted by: entropik

Mais si les accélérateurs sont devenus si petit qu'on peut presque les mettre en poche y en a bien un qui finira par s'en servir comme arme

Posted by: S@m

Je rajoute mon grain de sel, étant en plein dedans....

L'élement radioactif ( ex: FDG, analogue radioactif du glucose) est injecté dans le sang du patient en IV. Cet élément se desintegre en émetant un positon, une particule beta + , qui part un peu n'importe comment avant de rencontrer un électron. Les deux s'anihilent e til en ressort deux rayons gammas, donc deux photons, qui partent en ligne droite mais opposée, à 511 keV exactement d'intensité.
Ces deux photons sont reçus par un detecteur.
C'est la TEP.

Sinon tu as la scintigraphie, sur le meme principe sauf que tu te bases sur un élement qui se desintegre directement en gamma pur. Et la en effet tu as un collimateur, puis detecteur et enfin des photomultiplicateurs, qui transforment l'energie des photons gammas en energie electronique et l'amplifient considerablement pour avoir le signal.
Ca c'est des techniques de diagnostic, pas de traitement.

Pour les tumeurs comme tu disais, c'est meme principe, tjs de la desintégration (beta- et gamma)

PS: Soit on parle pas de la meme chose, soit...parcque les accelerateurs ne sont pas du tout petit.

Posted by: Dominique Lefebvre

Citation:

Posté par S@m

Je rajoute mon grain de sel, étant en plein dedans....

L'élement radioactif ( ex: FDG, analogue radioactif du glucose) est injecté dans le sang du patient en IV. Cet élément se desintegre en émetant un positon, une particule beta + , qui part un peu n'importe comment avant de rencontrer un électron. Les deux s'anihilent e til en ressort deux rayons gammas, donc deux photons, qui partent en ligne droite mais opposée, à 511 keV exactement d'intensité.
Ces deux photons sont reçus par un detecteur.
C'est la TEP.

Sinon tu as la scintigraphie, sur le meme principe sauf que tu te bases sur un élement qui se desintegre directement en gamma pur. Et la en effet tu as un collimateur, puis detecteur et enfin des photomultiplicateurs, qui transforment l'energie des photons gammas en energie electronique et l'amplifient considerablement pour avoir le signal.
Ca c'est des techniques de diagnostic, pas de traitement.

D'accord avec toi pour la production de positrons in vivo en TEP et scintigraphie.

Citation:

Pour les tumeurs comme tu disais, c'est meme principe, tjs de la desintégration (beta- et gamma)

PS: Soit on parle pas de la meme chose, soit...parcque les accelerateurs ne sont pas du tout petit.

Entropik et moi faisions allusion à la radiothérapie par positrons, qui ne fait pas encore partie des protocoles standards me semble-t-il!

Et tu auras noté, Sam que j'ai écris le mot "petit" entre guillemets! Actuellement les collisionneurs (c'est le nom qu'on donne aux accélérateurs qui produisent des particules par bombardement de cible) utilisés en radio thérapie sont assez encombrants, disons un petit bâtiment...
Le plus souvent d'ailleurs, ce sont les malades qui viennent au collisionneur et les services de médécine nucléaire ont des annexes au labo (GANIL à Caen, Accélérateur d'Orsay, pour ceux que je connais).

Néanmoins, on travaille vraiment à des accélérateurs de poche. Dernièrement, les chercheurs de l'X/ENSTA/CNRS ont mis au point une manip d'accélération de particules de 250 MeV sur une table à l'aide de deux lasers...

Posted by: Dominique Lefebvre

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Posté par entropik

Mais si les accélérateurs sont devenus si petit qu'on peut presque les mettre en poche y en a bien un qui finira par s'en servir comme arme

Mais pourquoi diable vouloir en faire une arme! Tes positrons s'annihileraient dans l'atmosphère avant d'avoir fait 1 mm! Et le tireur serait marron!

Posted by: cesar

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Posté par Dominique Lefebvre

Mais pourquoi diable vouloir en faire une arme! Tes positrons s'annihileraient dans l'atmosphère avant d'avoir fait 1 mm! Et le tireur serait marron!

et les neutrons ??? si tu fais un accelerateur à neutrons...

ceci dit : pourquoi en faire une arme ?? pourquoi avoir fait des armes à feu avec la poudre, alors que les feux d'artifices c'est mieux...? Cela n'est pas un accident si toutes les nouvelles technologies sont developpés souvent par et pour la guerre....

Posted by: Dominique Lefebvre

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Posté par cesar

et les neutrons ??? si tu fais un accelerateur à neutrons...

pourquoi faire, on a des bombes à neutrons miniaturisées...

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ceci dit : pourquoi en faire une arme ?? pourquoi avoir fait des armes à feu avec la poudre, alors que les feux d'artifices c'est mieux...? Cela n'est pas un accident si toutes les nouvelles technologies sont developpés souvent par et pour la guerre....

Je suis particulièrement bien placé pour le savoir! Ce qui gouverne l'étude d'une arme, c'est l'efficacité au combat...

Posted by: RadarX

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Posté par Dominique Lefebvre

Mais pourquoi diable vouloir en faire une arme! Tes positrons s'annihileraient dans l'atmosphère avant d'avoir fait 1 mm! Et le tireur serait marron!

Ouais, allez Dominique!! A bas les armes.

Et toi cesar

Posted by: S@m

Ah oué ok Dominique c'est vrai que pour la radiothérapie c'est different

Posted by: Dominique Lefebvre

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Posté par RadarX

Ouais, allez Dominique!! A bas les armes.

Et toi cesar

Je suis bien d'accord radarX. Mais pour une fois, ce n'est pas moi qui ait abordé le sujet...

Posted by: Flodelarab

Tu surveilles tout ça Dominique.

l'arme à l'oeil ?