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  • : Aborder les domaines de la physique enseignés en Math Sup. Donner sa place à des promenades littéraires. Rêver et sourire aussi (parfois même avant tout), parce que c'est tout bonnement bon et nécessaire :-)
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Bertran de Born

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16 mars 2009 1 16 /03 /mars /2009 20:01
Après une question sur un sujet dramatique, une autre, plus légère, dénotant une saine et vive curiosité, permet de mettre en évidence l’importance des ordres de grandeurs :



Si on enlevait tous les bateaux de la mer, de combien descen¬drait le niveau de l'eau ?

Richard Higginson



97-Conti_Hong_Kong
D' après le principe d' Archimède, un corps flottant s'enfonce jusqu'à ce qu'il ait déplacé son propre poids d'eau. Chaque tonne (ou mètre cube) d'eau déplace un mètre cube d'eau. Une première estimation du tonnage de toutes les flottes militaires du monde donne quelque chose comme 7 millions de tonnes. La flotte marchande est bien plus importante, de l'ordre de 1760 millions de tonnes, ce qui ferait un total de 1767 millions de tonnes. Répartissez cette quantité d'eau à la surface de l'océan mondial (environ 360.1012 m2), et vous obtiendrez une épaisseur de 5 micromètres (5 millièmes de millimètre).
Le fret maritime augmente de 3 % par an, ce qui correspond au contenu de 10000 piscines olympiques. Mais il s'agit là d'une goutte dans l'océan: l'élévation du niveau des mers due au réchauffement climatique est 25 000 fois plus grande.

Mike Follows

Les ours blanc ont-ils le blues ?
et 100 autres questions savantes et intrigantes
,
Paris, Seuil, 2009,
p. 134.

ours-blancs-blues

















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Published by Qadri Jean-Philippe - dans Thermodynamique
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12 mars 2009 4 12 /03 /mars /2009 19:21
Voici une question posée par un lecteur anonyme du New Scientist dont le sujet, l’élévation du niveau des océans, d’une importance majeure dans les années et décennies à venir, conduit à une réponse qui fait le lien entre le cours sur les satellites (M7), le caractère non galiléen du referentiel terrestre (M11) et le cours de statique des fluides (T2) :

Quand de grands champs de glace fondent, l'élévation du niveau des mers qui en résulte est-elle la même à toutes les lati¬tudes, ou plus forte à l'équateur à cause de la rotation de la Terre ?

Anonyme


L'élévation du niveau marin est loin d'être uniforme, mais l'effet de la rotation de la Terre est très faible. Si la Terre était recouverte d'eau, et si une couche d'eau supplémentaire était ajoutée, elle serait de 0,5 % plus épaisse à l'équateur qu'aux pôles à cause de la gravité plus faible. Pour une élévation de 7 mètres (ce qui est attendu avec la fonte du Groenland ou de la calotte antarctique de l'ouest), cela représenterait 3,5 cm de plus à l'équateur qu'aux pôles.
Un autre effet de la rotation terrestre est qu'elle dissémine les masses de glace tout autour du globe, de façon à les éloigner de l'axe de rotation. Cela augmente le moment d'inertie de la planète et fait donc ralentir sa rotation (comme une patineuse écartant les bras ralentit la sienne).
Une couche de 7 mètres d'eau ralentirait la rotation de 1 millionième. Le jour s'allongerait de 0,1 seconde et l'élévation à l'équateur serait plus faible : on aurait finalement une différence de quelques centimètres. Mais l'effet le plus important serait le suivant : actuellement, la glace du Groenland exerce une attraction gravitationnelle sur les eaux océaniques. Si cette glace fond, cette force disparaîtra. En outre, le continent sera soudain allégé et s'ajustera à une nouvelle ligne de flottaison.


fonteGroenland

(Les zones en orange ou en rouge sont les zones

où la glace s'est mise à fondre au moins un jours dans l'année)

 
D'après les calculs, le niveau océanique devrait baisser dans un rayon de 1000 km autour du Groenland, mais monter un peu ailleurs.

Les chercheurs tentent de déterminer, à partir de mesures d'altimétrie par satellite, si les variations du niveau des mers sont dues à la fonte de la calotte groenlandaise, antarctique ou autre. Et ces études ne sont pas simples car la surface de l'océan n'est pas du tout sphérique. Les courants marins créent des bosses et des creux pouvant atteindre une amplitude de 1 mètre. En tout cas, la fonte des glaces va très certainement entraîner des modifications des courants et des hauteurs des océans. Pour l'instant, les simulations informatiques sur le climat ne prennent pas en compte ces différences d'altitude.

Chris Hughes,
Laboratoire océanographique Proudman

Les ours blanc ont-ils le blues ?
et 100 autres questions savantes et intrigantes
,
Paris, Seuil, 2009,
p. 127-128.

banquise_glaceFonte de la glace arctique

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Published by Qadri Jean-Philippe - dans Thermodynamique
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6 mars 2009 5 06 /03 /mars /2009 20:51
Après cette première leçon introductive à la Thermodynamique, vous pouvez avoir quelques questions sur la notion spécifiquement thermodynamique qu’est la température. En voici une, des plus judicieuses, qui a pu venir à votre esprit méditant sur le principe d’équilibre thermique (principe zéro de la thermodynamique) :


Pourquoi le carrelage de ma salle de bains me paraît-il si froid quand je marche pieds nus ?

Je suppose que vous êtes à jour de vos factures de chauffage. L'explication est donc que la porcelaine conduit mieux la chaleur que votre confortable tapis de bain, bien qu'ils soient à la même température. Il est très courant de constater que certains objets sont plus froids au toucher que d'autres. On parle d'« acier froid » comme si la lame d'une épée était plus froide que le reste. Les boulangers aiment déposer la pâte de leurs viennoiseries sur une plaque de marbre parce qu'elle est « plus froide ». Touchez simplement la lame d'un couteau ou une plaque de marbre, et vous ne pourrez qu'être d'accord : ils semblent vraiment plus froids au toucher.
Mais ils ne sont pas plus froids. L'acier, le marbre et le carrelage sont exactement à la même température que tout le reste de la pièce. Ils ont juste l'air plus froids.
S'ils sont dans la même pièce depuis suffisamment longtemps, tous les objets sont à la même température que le reste de la pièce, car les températures s'harmonisent automatiquement. Le café chaud refroidit et la bière fraîche se réchauffe. Mettez une tasse de café chaud et un verre de bière fraîche côte à côte sur une table suffisamment longtemps, et ils finiront par être à la même température, celle de la pièce (mais vous penserez quand même que le café est « froid » et la bière « chaude », n'est-ce pas ?).
La raison en est que la chaleur migre spontanément du plus chaud au plus froid. C'est parce que les molécules d'un objet chaud bougent plus vite que les molécules d'un objet froid; voici ce qu'est la température : une mesure de la vitesse moyenne des molécules. Et donc, quand un objet chaud est en contact avec un objet froid, ses molécules plus rapides vont entrer en collision avec les molécules plus lentes et les accélérer — c'est-à-dire les chauffer.
Si un objet est plus froid que son entourage, la chaleur arrivera automatiquement vers lui jusqu'à ce que sa température soit la même que celle des environs. Ou, si un objet est plus chaud que son entourage, la chaleur s'écoulera automatiquement vers l'extérieur. Nous avons vu qu'on peut avoir une bonne idée de la situation en remplaçant la chaleur par de l'eau. L'eau s'écoule toujours de haut en bas, alors que la chaleur s'écoule toujours du plus chaud vers le plus froid [voir T4, à venir]. On pourrait même dire que la température se met à niveau.
Il n'y a pas que l'acier, le marbre et le carrelage qui vous paraîtront froids au toucher. La température de votre peau est d'environ 37 degrés Celsius, alors que tout dans votre pièce (à part peut-être le radiateur) est à la même température — environ 20 degrés. Et donc, lorsque vous touchez un objet de la pièce, il paraît froid sur votre peau, car il est vraiment plus froid que votre peau. La chaleur s’écoule donc de votre peau vers l’objet, et votre peau privée de chaleur vous donne une sensation de froid.
Mais, comme vous avez pu le réaliser avec désagrément, certaines choses sont plus froides que d'autres au toucher; le carrelage semble plus froid que le tapis de la salle de bains même si, nous l'avons vu, ils sont forcément à la même température. Comment cela se fait-il ?
La réponse est que, même si tous les objets de la pièce sont plus raids que votre peau, et lui prendront donc de la chaleur, certains matériaux sont de meilleurs voleurs de chaleur que d'autres. Certains matériaux sont de meilleurs conducteurs de chaleur — ils évacuent mieux la chaleur qu'ils ont prise. Et mieux un matériau conduit la chaleur qu'il vous a prise, plus il semblera froid sur votre peau. Il se trouve que la porcelaine du carrelage est un bien meilleur conducteur de chaleur que le coton ou les fibres synthétiques du tapis de la salle de bain, la chaleur s'écoule donc plus vite de vos petits petons quand ils sont sur le carrelage, et vous avez froid aux pieds.
Différentes substances, étant constituées de molécules aux propriétés différentes — et c'est bien sûr la raison pour laquelle ce sont des substances différentes — transmettent la chaleur avec des vitesses et des efficacités différentes.
Des molécules encombrantes ou solidement fixées à leur place ne peuvent pas bousculer leurs voisines aussi facilement, elles ne peuvent donc pas transmettre la chaleur aussi rapidement. C'est le cas par exemple pour le coton, le bois et le caoutchouc. Le parquet ne vous paraît pas aussi froid que le carrelage, n'est-ce pas ? C'est parce que les grosses molécules du bois ne prennent pas la chaleur à votre peau aussi vite que celles du carrelage.
Parmi tous les types de matériaux, les gaz sont les pires conducteurs de chaleur. Leurs molécules sont si éloignées qu'elles peuvent à peine se trouver pour entrer en collision. Presque tout conduit mieux la chaleur que l'air, et c'est pour cette raison que presque tout ce que vous touchez vous paraît un peu plus froid; vous le comparez avec l'air qui vous entoure habituellement et auquel vous êtes habitué. L'air vous isole.
Les métaux, par contre, sont les meilleurs conducteurs de chaleur de tous, grâce à leur structure unique. Ils contiennent des électrons libres qui peuvent facilement passer d'atome en atome. C'est la raison pour laquelle ils conduisent si bien l'électricité, mais c'est aussi la raison pour laquelle ils conduisent si bien la chaleur. Ces minuscules électrons peuvent transporter la chaleur d'un endroit à un autre de façon beaucoup plus efficace que des atomes ou des molécules gros et encombrants, car ils sont de loin plus mobiles. Étant les meilleurs voleurs de chaleur, les métaux seront les plus froids sur votre peau.
Les ingénieurs et les scientifiques ont mesuré la capacité de nombreux matériaux à conduire la chaleur (en jargon scientifique : leur conductivité thermique). Je vous donne ici, arrondies, les conductivités thermiques de quelques matériaux familiers comparées à celle de l'air, à laquelle j'ai arbitrairement donné la valeur 1. Plus vous descendez dans la liste, plus le matériau vous semblera froid quand il est à température ambiante.

  

Air 1 Granit 130
Caoutcouc 6 Acier inoxydable 600
Bois 6 Fer 3 300
Eau 24 Aluminium 9 500
Verre 30-40 Cuivre 16 000
Porcelaine 40 Argent 17 000
Marbre 70-120    
 Conductivité thermique de certains matériaux comparée à celle de l'air


La morale de cette histoire : ne recouvrez pas le sol de votre salle de bains avec de l'argent. Ni la lunette de vos toilettes.


Robert L. Wolke,
Ce qu’Einstein disait à son coiffeur,
Paris, Dunod, 2005, p . 89-93
einstein-coiffeur


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Published by Qadri Jean-Philippe - dans Thermodynamique
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17 avril 2008 4 17 /04 /avril /2008 13:24


Vous trouverez dans le document téléchargeable deux exercices de base sur le premier principe : icon_pdf
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14 avril 2008 1 14 /04 /avril /2008 10:47

Vous trouverez dans le document téléchargeable un exercice classique en thermodynamique (page 3/7), tellement classique qu'il a encore été posé l'an passé (2007) dans la première épreuve du Concours National d'Admission dans les Grandes Ecoles d'Ingénieurs : icon_pdf
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Published by Qadri Jean-Philippe - dans Thermodynamique
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30 mars 2008 7 30 /03 /mars /2008 19:51

Un autre petit billet pour vous aider dans vos révisions.

Suite à une erreur de puissance découverte par quelque oeil de lynx dans le cours sur la détente de Joule-Gay Lusssac, voici un petit résumé de l'exspression de la variation d'énergie interne d'un gaz de Van der Waals : 



Félicitations aux lynx concernés pour le sérieux de leurs révisions :-)

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Published by Qadri Jean-Philippe - dans Thermodynamique
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