Force-Physique | Dr. Goulu

Pourquoi est-ce qu'une force est invisible (électromagnétique, gravité) ?

Sun, 23 Feb 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Parce que nos yeux ont évolué pour nous apporter un maximum d’informations utiles à notre survie, et il se trouve que c’est dans le spectre électromagnétique correspondant au maximum d’émission de notre soleil. Idem pour nos oreilles.

Le reste du spectre électromagnétique n’apporte que peu d’information supplémentaire (sauf peut-être dans l’infrarouge qui serait utile la nuit) et les infimes variations de la gravitation sont négligeables pour envoyer un javelot sur un mammouth. La percevoir ne ferait que du bruit inutile.

Comment fonctionnent les aimants ?

Wed, 22 Jan 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

C’est magique hein ? Et bien la réponse risque de vous étonner.

Il n’y a aucune énergie qui attire la limaille de fer. Elle tombe dans un trou du champ magnétique creusé par l’aimant exactement comme elle tombe dans le trou du champ gravitationnel creusé par la Terre.

Simplement, l’aimant a un comme il a une masse, et pourrait avoir en plus une charge électrique qui creuse le champ électrostatique.

Les différences c’est que:

la gravitation n’implique que des masses positives, donc l’idée qu’elles “creusent” le champ gravitationnel est assez claire
les charges électrostatiques peuvent être positives ou négatives, alors c’est plus compliqué, mais vous pouvez imaginer que les négatives creusent le champ et les positives y font des bosses. Des charges qui se promènent tendent à aplanir les bosses et les creux (les bosses positives tombent dans les trous négatifs et vice-versa, alors que les bosses repoussent les bosses et les trous repoussent les trous …)
les aimants ont à la fois des pôles “nord” et “sud” (on ne connaît pas de ), donc ils sont à la fois attirés et repoussés par les bosses et les creux du champ magnétique selon la même règle que ci-dessus : aplanir le champ.

Là où ça se corse, c’est que certains matériaux n’ont pas de moment magnétique à eux, mais en acquièrent un quand on les met dans un champ magnétique. Votre limaille est f : chaque particule devient un aimant qui “inverse la pente” du champ où il se trouve (pour l’aplanir…) : il se forme un pôle nord du côté du pôle sud de l’aimant voisin (ou d’une particule de limaille voisine déjà aimantée), et un pôle sud du côté du pôle nord. Total : la limaille s’oriente en une chaîne nord-sud-nord-sud-nord-sud pour essayer de lier le pole nord au sud de l’aimant, tout en repoussant les autres limailles à côté si leurs poles nord/sud correspondent, ce qui fait ces jolies figures

Plus fort encore, certains matériaux sont : ils s’aimantent “dans le sens de la pente”, ce qui fait qu’ils font un pôle nord du côté nord de l’aimant, et un sud du côté sud. Total : il repoussent l’aimant (= se font repousser par lui) au point de planer au dessus :

Et là je vous ressors le truc qui tue : pas besoin d’énergie ! Cette plaque de carbone pyrolytique peut voler au dessus des aimants indéfiniment. Mais ce n’est pas un mouvement perpétuel, parce qu’il n’y a pas de mouvement ! C’est seulement quand quelque chose bouge que l’ joue un rôle. Pour une statique, pas besoin d’énergie.

D’ailleurs, quand vous posez un objet sur une table, il reste là sans consommer d’énergie, et pourtant il ne touche pas vraiment la table : les électrons des atomes de la surface de la table repoussent les électrons de la surface inférieure de votre objet . Et heureusement, sinon votre objet se souderait à la table…

Alors, pourquoi trouvez vous des aimants qui se repoussent plus étonnants qu’un objet posé sur une table ? Il n’y a aucune raison, c’est très similaire.

Mais vous allez me dire que quand vous lâchez une bille d’acier, elle bouge très vite vers l’aimant, encore plus vite que si vous la laissez tomber en fait, alors que là il y a du mouvement, alors qui fournit l’énergie cinétique de la bille ?

Ben, puisqu’elle était en dehors du trou (gravitationnel ou magnétique), elle avait une énergie potentielle par rapport au fond du trou, et c’est cette énergie potentielle qui est convertie en énergie cinétique quand elle tombe dans le trou. D’ailleurs c’est vous qui allez devoir dépenser de l’énergie pour ressortir la bille du trou, gravitationnel ou magnétique .

Pour finir rapidement:

Ce qui précède concerne en fait la , qui est au magnétisme ce que l’électrostatique est à l’électricité : le cas ultra simple ou rien ne bouge
Mais en fait, Faraday et Maxwell se sont aperçus que le magnétisme et l’électricité étaient liés et ont développé la théorie de l’ qui unifie les deux, et explique les ondes, et la lumière, et qu’en fait il n’y a besoin que d’un seul au lieu des deux susmentionnés.
Le est le photon est la de l’ . Elle correspond à un transfert d’énergie par rayonnement électromagnétique. C’est pour la découverte de ceci qu’Albert Einstein a reçu le prix Nobel en 1921, pas pour la relativité ! Mais pour la relativité il s’est beaucoup inspiré des travaux de Maxwell sur le champ électromagnétique, et son champ gravitationnel “unifie” l’espace et le temps (un tout petit peu) comme Maxwell a unifié magnétisme et électrostatique. Donc historiquement le champ “le plus simple” ci-dessus est celui qui a été défini proprement en dernier.
L’ se mesure en Tesla. Le calcul de la force (en Newton) magnétique qui attire un objet est TRES compliqué, car il dépend des caractéristiques du matériau, de sa taille, de sa forme. Il n’existe des formules que pour des cas tout simples et approximatifs. En pratique on doit avoir recours à des logiciels de calculs par éléments finis.
le n’est pas une particule, c’est un mot qui peut désigner plusieurs choses comme le moment magnétique de l’électron ou un .

Quelle force fait que la Terre tourne à 1100km/h autour du soleil ?

Sun, 19 Jan 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Aucune force n’est nécessaire pour qu’un corps reste en orbite autour d’un autre. C’est un cas particulier de chute libre, comme l’avait compris :

La vitesse initiale (110'000 km/h, pas 1100…) de la Terre est à quelque chose près la même que celle du qui l’a formée à cette distance du Soleil.

L’ , ou “première loi du mouvement” du décidément génial Newton fait qu’un corps qui a une certaine vitesse la garde s’il n’y a pas d’autre force en jeu et continue tout droit.

La relativité d’Einstein explique que l’espace est déformé par les masses, et que la Terre va tout droit dans cet espace déformé par le Soleil. C’est pour ça qu’elle tourne autour. Sans aucune force.

Comment les forces électromagnétiques des atomes qui s'excercent dans chaque cellule de l'organisme sont parfaitement equilibrees ?

Thu, 16 Jan 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Les ne sont pas vraiment électromagnétiques, plutôt .

La plus simple, la , est purement , mais la qui lie les donne lieu à un bien plus complexe. L’eau en est l’exemple le plus simple, mais beaucoup de molécules organiques sont polaires et interagissent par des liaisons de van der Waals ou des .

D’autre part, si les forces qui s’exercent sur un atome sont parfaitement équilibrées, il ne bouge pas. Les forces interatomiques dans un caillou sont beaucoup mieux équilibrées que dans n’importe laquelle de vos cellules.

Car la vie se caractérise justement par la présence de réactions chimiques permanentes qui n’arrêtent pas de casser des liaisons, d’en recréer d’autres dans un déséquilibre permanent.

Par exemple, Le que les plantes utilisent pour synthétiser leur propre matière à partir du CO2 de l’air et de l’énergie que la fournit sous forme d’ ressemble à ça:

Et ça c’est en résumé, parce que si vous parcourez l’article vous verrez le détail de chaque réaction…

Ce cycle se produit des milliards de fois par seconde dans chaque petite cellule végétale, traitant une misérable molécule de CO2 à la fois pour produire les molécules que de très nombreux autres cycles de ce genre utiliseront dans des milliards de cellules pour produire un séquoia millénaire si tout va bien, ou du tofu pour végétariens au pire.

Si tout à coup ces mécanismes manquent de CO2, d’eau, de lumière ou d’autres molécules nécessaires aux déséquilibres qui les font grandir, se reproduire, bref vivre, ben là les forces sur les atomes s’équilibrent : ils meurent et deviennent poussière, fossile, ou crotte.

Quelle est l'expression analytique de la force magnétique exercée par un aimant naturel sur un autre aimant naturel ?

Mon, 13 Jan 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Pas simple du tout, ça dépend de la forme des aimants, de leur orientation respective…

Il n’y a une formule analytique que pour des aimants assez éloignés l’un de l’autre pour qu’on puisse considérer des lignes de champ parallèles:

$F=\frac{3\mu_0 M_1 M_2}{2\pi d^4}$

où M1 M2 sont les moments magnétiques des deux aimants.

Notez la décroissance en puissance 4 de la distance d, puissance 3 si un des aimants est remplacé par un objet ferromagnetique.

Le fait que les aimants soient naturels ou artificiels ne change rien, pas plus que si ce sont des aimants permanents ou des électroaimants. Seul le champ magnétique compte.

Pourquoi recevoir une balle de pistolet de 30g envoyé à 800km/h ne fait elle pas les mêmes blessures qu’un boulet de 3kg envoyé à 8km/h ?

Tue, 22 Oct 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

L’ d’un objet est $E=m.v^2 / 2$

vous voyez le petit 2 ? il signifie “au carré” : l’énergie augmente comme le carré de la vitesse. Quand vous augmentez la vitesse d’un facteur 100, l’énergie augmente d’un facteur 100x100 = 10'000.

Donc votre balle a en fait une énergie 100x supérieure à votre boulet, et c’est cette énergie qui se dissipe dans votre corps en faisant mal:

$E_{balle} = 30 \times 800^2 / 2 = 9'600'000$

$E_{boulet} = 3000 \times 8^2 / 2 = 96'000$

(bon, pour bien faire il y aurait tout fallu mettre en unités SI, kg et m/s, et on aurait obtenu l’énergie en Joule, mais c’est pour expliquer…)

Qu'est-ce qui explique que l'on tienne en équilibre sur un vélo ?

Tue, 01 Oct 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Désolé , ce n’est pas l’effet gyroscopique des roues, c’est l’angle de fourche, plus précisément la chasse. La chasse correspond à l’écart qui existe entre le point de contact de la roue avant au sol, et la projection sur le sol de l’axe du guidon .

vélo ?

Comment une ancre empêche-t-elle un navire de bouger quand son poids est beaucoup plus léger que le bateau lui même ?

Tue, 16 Apr 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

Le poids de l’ancre n’a que peu d’importance. Ce qui est important c’est le poids et la longueur de la chaîne. Il faut que sous tension, la chaîne soit posée horizontalement au fond pour que l’ancre, qui peut être très légère, se plante dans le fond comme une charrue. D’ailleurs les ancres ont une forme de soc de charrue, et souvent une barre pour que l’ancre soit forcée de se planter.

L’erreur du débutant quand son ancre ne tient pas, c’est de la relever et de la mettre ailleurs. Le pro rajoute de la chaîne.