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exercices & corrigés 24 .... avec des corps hétérogènes ou homogènes, purs ou
composés. .... C'est la physique des particules, la mécanique quantique. ....
chimie. tableau de Mendéléev, classification périodique des éléments, ..... un
corps composé peut être homogène (air = 79% N2 azote + 20% O2 oxygène + 1
% divers) ...
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éducation scientifique
initiation à la PHYSIQUE les lois de la nature - COURS
Lesprit de ce cours, son origine, est que toute personne sachant lire, écrire et compter (= maitrisant les 4 opérations , addition, soustraction, multiplication et division), puisse de la meilleur manière possible comprendre le monde physique où nous vivons et maitriser son écriture scientifique.
Bref,
pour toute personne du niveau école primaire
lesprit est
« votre licence de physique en 3 semaines »,
Son objectif nest certes pas de maitriser lensemble du programme dune licence de physique,
Son objectif est certes de donner à tout lecteur des bases suffisantes pour :
1/ déjà comprendre beaucoup des bases de beaucoup de domaines scientifiques, surtout en physique fondamentale,
2/ du coup, en culture générale (« jaime comprendre le monde où je vis ») pouvoir ultérieurement oser poser des questions sur tout phénomène physique avec des repères personnels suffisants pour obtenir et comprendre les réponses correspondantes (pour un métier, un secteur dactivité, une meilleure compréhension du monde),
3/ et, en culture sociale (diplômes, études,
), sil souhaite approfondir un domaine particulier, quil dispose déjà de repères scientifiques suffisants (fondamentaux et appliqués), pour déjà comprendre les écrits, donc ne pas avoir peur, donc oser progresser dans tout territoire scientifique.
= Ce cours peut aider son lecteur à oser une formation (scolaire, universitaire ou professionnelle).
SOMMAIRE N° page
leçon 1 physique 2
vue globale : réalité, territoires, 5 dimensions, méthodologie, histoire, MKSA, variables & équations
leçon2 mathématiques 20
vue globale : chiffres, nombres, ensemble, fonctions, géométrie, logique
approfondissements 23
exercices & corrigés 24
annexe 1/ approfondissements qualitaitfs sur les corps 25
annexe 2 / lexique 27 éducation scientifique
initiation à la PHYSIQUE les lois de la nature - leçon 1
(durée 3 heures) ordre du jour & SOMMAIRE : N° page
I la Réalité 3
II les Territoires des Sciences 4
III les 5 Dimensions de lunivers 5
IV la Méthodologie scientifique 7
V Histoire des sciences 9
VI les Unités de mesure 12
VII quelques Variables principales, Lois de la nature, équations fondamentales 13
VIII leçons suivantes, programme (= pioche) 15
I la Réalité
1/ les sens
La réalité perçue est une projection.
Le projecteur est charnel, fait de nos sens (capteurs) et de notre sens (traitement, par lintellect).
Il est donc individuel (notre chair) et collectif (notre culture, les repères fournis par notre collectivité pour notre traitement individualisé des informations fournies par nos capteurs).
Le projeté est notre univers intérieur, charnel, et notre univers extérieur, notre environnement.
Physique et psychique, matérielle (tangible, et conceptuelle (religieuse, spirituelle, intellectuelle, immatérielle, virtuelle), la réalité est fabriquée à partir de nos sens corporels individuels (nos 5 familles de capteurs = nos 5 sens charnels) élargis par notre culture collective, conceptuelle (nos modèles de représentation, religieux et scientifiques en frères siamois imbriqués) et matérielle (nos capteurs non corporels y élargissent la plage de fonctionnement de nos 5 sens, tels radio, télévision,
et nous fournit de nouveaux sens.
Dautres chairs (animaux) fabriquent dautres sens, en capteurs (exemples animaux) et en traitements (exemple drogues) donc dautres réalités.
Sans chair pas de sens, sans sens pas de réalité.
1/ la réalité est dabord une projection charnelle de notre environnement par nos capteurs sensoriels (= charnels, nos 5 sens = vue, son, odeur, toucher, goût
auquel jajoute le sens intérieur, la perception du ressenti à lintérieur de sa chair) vers notre cerveau où nous la matérialisons (= images, mots).
2/ la réalité est ensuite une projection culturelle, quand en partageant ces informations avec nos proches, pour nous humains dans notre collectivité humaine, nous fabriquons un ensemble dinformations intermédiaires (concepts, images) qui contribuent à nos comportements dans nos réponses aux informations de nos capteurs (exemple, reconnaissance des formes).
Cela vaut pour toute forme de vie pour toute forme de collectivité, végétale ou animale ( = éthologie),
3/ enfin, la réalité est un élargissement de ces projections charnelles et culturelles par un traitement intellectuel (spirituel, religieux) où par nos analyses (mots, modèles) et les outils qui en résultent (exemple la lunette astronomique) nous élargissons nos sens ou même nous fabriqsuons de nouveaux sens qui nous font percevoir de nouveaux territoires.
En particulier, toutes les avancées scientifiques ont été et sont encore pas seulement de mlieux manipuler le réel mais aussi de mieux le dé-couvrir, la création de nouvelles réalités en devenant capables de percevoir ce qui était imperceptible jusque là.
La science élargit le réel en rendant visible linvisible dhier.
En conclusion, pour toute forme de vie végétale ou animale, la réalité est lenfantement permanent et évolutif de la matière perçue dans sa relation sensuelle et conceptuelle avec son environnement.
En particulier, notre réalité humaine est notre projection humaine de notre environnement humain.
4/ enfin, lunivers « réel » est le concept théorique qui représente lensemble de tout ce qui peut être perçu, ce qui serait commun à lensemble de toutes les capacités de perception par toute forme dexistence ou de construction, concept aussi inaccessible, faux, mensonger et trompeur que tout idéal.
Historiquement, le réel se comporte comme une succession humaine de paysages culturels.
La carte nest pas le territoire, notre réalité nest pas la réalité, la réalité perçue nest pas la réalité source. De linfiniment petit (particules) à linfiniment grand (galaxies), lhorizon se déplace en avançant, le territoire est illimité et plus on sy promène plus on y dé-couvre. Notre réalité est la transformation permanente de la transformation de nos perceptions par la transformation de nos cultures.
2/ les corps
physiques, chimiques, atomiques
La matière de la physique sont les corps.
Les corps physiques peuvent être perceptibles par nos sens (reconnaissance des formes par lil,
) ou imperceptibles et nécessiter dautres capteurs (ondes télévision, radio, téléphone, flux électriques,
).
La physique est létude des corps, historiquement dabord naturels et élémentaires, puis de plus en plus composés et artificiels.
Elle cherche pour tout corps à lidentifier (est-ce bien ce corps là, en tout point semblable à tous les autres échantillons du même nom ?) puis à observer (voire mieux, prévoir) ses principales propriétés !
Létude des corps se divise en trois grandes études,
étude 1/ le mouvement des corps,
En restant le même corps, comment il occupe quel espace ou se déplace (étude des mouvements).
Nos siècles et millénaires dobservations et analyses (= modélisations) ont produit des lois (« de la nature ») très simples, où les mêmes lois (de gravité, dinertie) sappliquent autant aux comportements des corps macroscopiques (célestes) que microscopiques (la chute des billes de Galilée à partir de la tour de Pise, la pomme de Newton).
La taille des corps ny intervient que pour leur masse (m, une simple variable dans les équations générales des mouvements des corps) et leur forme (pour la résistance du milieu où ce corps se déplace, air, eau) !
étude 2/ les composants intérieurs dun corps, sa distillation en « molécules »
étude 2/ dans leurs composants intérieurs : de quoi sont-ils faits, quest-ce quil y a dedans, est-ce que lon peut les fabriquer, comment ?
Cette étude a inclus beaucoup dexpériences de séparation, union ou transformation de sa forme ou de son espace.
- Séparer le corps en plusieurs morceaux, identifier ses composants (inertes ou vivants),
- Unir le corps avec dautres corps, ou le ré-unir = refaire le même corps à partir de ses composants élémentaires.
- Transformer sa forme, le faire changer détat (solides, liquides, gazs) ou despace (ses conditions en températures, pression, volumes).
Au début, ces observations et expériences étaient surtout physiques : on casse (pilonne, broie en poudres), chauffe et refroidit (distille), sépare les solides des liquides (laisse retomber, centrifuger
), avec des corps hétérogènes ou homogènes, purs ou composés.
Très vite apparaissent deux critères importants pour létude dun corps et lobservation de ses propriétés :
critère1/ ce corps est-il hétérogène ou homogène ?
Les sciences « fondamentales » portent dabord sur les corps homogènes (= les «briques de base» de tous les corps)
- hétérogène, quand un échantillon prélevé na pas les mêmes composants quun autre échantillon prélevé à un autre endroit sur le même corps (exemple huile et vinaigre non mélangés dans un verre)
- ou homogène , quand tous les échantillons prélevés à divers endroits du même corps auront tous les mêmes composants en nature et en quantité (= proportions).
critère2/ ce corps est-il composé ou pur ?
Les sciences « fondamentales » portent dabord sur les corps purs (= les «briques de base» de tous les corps)
- composé, quand on peut encore séparer ce corps en plusieurs nature de composants
- ou pur, quand toutes ses molécules sont identiques, quand quelles que soient les manipulations pratiquées on reste toujours au corps de départ, on retrouve partout le seul et unique composant insécable (par la physique = sans réaction chimique avec dautres corps).
Ainsi apparut le concept et la frontière de la molécule.
Tout corps « pur » est composé dune seule molécule (en nature, mais évidemment présente par millards dexemplaires pour faire un corps perceptible à léchelle de nos sens) et ne peut donc plus être divisé en plusieurs corps différents (sauf par réaction « chimlique » avec dautres corps), alors que tout corps composé de plusieurs molécules différentes peut être « distillé » en plusieurs corps distincts.
étude 3/ les réactions dun corps avec dautres corps,
Comment ce corps se comporte-til en présence dautres corps ?
Comment sunit-il avec dautres pour
- devenir autre (= devenir un autre corps),
- se décomposer en morceaux de natures différentes (= en plusieurs corps distincts),
- ou se recomposer pour redevenir à son état initial à partir dautres corps (= ses composants).
3a/ les réactions « chimiques » entre « atomes » transforment les molécules,
avec échanges (production et absorption) dénergie (= chimique).
Cette étude des comportements extérieurs dun corps par manipulations et observations (ça brûle !) devint (aux XVIIième et XVIIIièmes siècles) bien modélisée et décrite en atomes, molécules (un corps sy appelle même « antimoine », vu sa dangerosité certaine en nombreux moines tués) et réactions chimiques.
Là apparut le concept de latome, de l « insécable » (a-tome = a-tomos = pas séparable), brique de base des molécules, tous décrits dans le « tableau de Mendéléev » (moins de 100 atomes !, moins de 100 briques de base pour tout lunivers jusquaux plus lointaines galaxies !).
Puis vinrent les isotopes, quand la même formule atomique représente plusieurs atomes aux propriétés atomiques rendues extrêmement distinctes par la différence du nombre de leurs particules (neutrons).
Et les ions ou cations, quand le même atome diffère dans sa charge électrique par quelques électrons en plus (ions) ou en moins (cations).
Quant au concept de molécule il mit quelque temps à conceptualiser son extension aux isomères, quand la même formule moléculaire peut représenter plusieurs molécules aux propriétés chimiques extrêmement distinctes dûes à la différence darrangement (organisation dans lespace) de leurs atomes.
3b/ puis les réactions atomiques (ou réaction nucléaire) transforment les atomes, dans leur noyau (= nucleus)
avec échanges (production et absorption) d énergie (= nucléaire) ,
Ce ne fut quen première moitié du XXième siècle que des manipulations réussirent à briser latome.
Cette physique nucléaire produisit certes la bombe atomique mais elle ouvrit aussi au bien plus large territoire de toute la physique quantique et des particules.
3c/ puis les réactions entre particules, tranforme la particule en énergie (destruction, disparition dune particule, production dénergie), ou lénergie en particule (création, apparition dune particule, absorption dénergie),
Cest la physique des particules, la mécanique quantique.
3/ les langages scientifiques
1/ deux LANGAGES pour deux étapes,
1a/ en étape amont, limagination et la créativité
pour fabriquer ses nouveaux modèles, quand lexpérience ne « colle » pas avec le modèle dominant du jour, la science a besoin de créativité.
Et là le langage scientifique quitte son territoire dexécutant rigoureux et a besoin dêtre créatif, donc très friand dun autre extrême du langage, avec un maximum de libertés, de flou, de multi-sèmes propices aux associations, pour mieux visualiser et imager le nouveau territoire quil tente de pénétrer en sen fabriquant les représentations les plus performantes.
Dans sa phase de création, le langage scientifique est un maximum de poésie et dimagination.
La réalité dépasse la fiction, donc pour décrire la réalité il faut alors déborder dimagination.
Autant pour inventer le zéro que la double hélice de lADN.
Le pétrin de la science est limagination, le reste, observations ou mesures, nen sont que les ingrédients.
SCIENCES FONDAMENTALESSCIENCES APPLIQUEESRechercheDéveloppementConceptionexploitationPrincipe ApplicationThéoriePratiqueFonctionnelOpérationnel, PatronExécutantCréativitéConformitéArtindustrieImaginationreproductionSpirituelreligionsLa réalité est une variable, ses caractéristiques sont une construction humaine, évolutive et en permanente transformation.
Est adulte celui qui la connait et la respecte pour mieux la transformer au profit de tous. La réalité est une constante, ses caractéristiques sont immuables.
Est adulte celui qui la connait et la respecte pour mieux lutiliser. A son profit ou au profit de tous y est son choix, personnel.
1b/ en étape aval, la mise en forme et la rigidité
pour dérouler les conséquences de ses modèles une fois retenus, le langage scientifique privilégie la rigueur.
Pour ses observations, mesures et analyses, il privilégie le lanagage extrêmement fermé, monosens, sans liberté dinterprétation, avec un minimum de signes, et un seul sens (sème) par signe, quest le langage mathématiques.
2/ limage sociale du « langage SCIENTIFIQUE »
Nos systèmes politiques actuels aiment la conformité, cultivent la sécurité de limmobilisme social.
Nos écoles « scientifiques » privilégient donc léducation dexécutants et ne forment pas à la conception
Notre culture a assimilé langage scientifique à sa partie aval, au langage dexécution, là où tout a déjà été découvert et formalisé, là où il ny a plus quà comprendre les modèles retenus et apprendre à les utiliser.
Nos écoles dites « scientifiques » prônent la confusion du langage scientifique à sa partie aval, forment à obéissance et récitation.
Ceci est évidemment propice à lélevage de citoyens moutons. La responsabilité étudiante sy borne à bien obéir aux chefs en récitant bien les dogmes, au détriment de la croissance de citoyens responsables, sensibles et créatifs.
La partie amont du langage scientifique, toute nourrie de sensibilité et créativité par imagination (images en action), toute en découverte et observations pertinentes à approfondir même quand non conforme aux modèles, est ainsi dans notre culture ignorée dans nos études pourtant baptisées « scientifiques ».
3/ origine du goût scientifique pour les CHIFFRES.
Certes létape 1 de la méthodologie scientifique est observer, et certes les observations qualitatives sont essentielles et principales, mais en sciences le qualitatif nest quune étape préliminaire, car la science préfère le quantitatif. Pourquoi ? Pour la reproductibilité !
Lexigence 5 de la méthodologie est la reproductibilité.
Une observation est scientifiquement valable si on peut la reproduire :
- dans tout autre lieu (la dimension espace),
- à tout autre instant (la dimension temps),
- par tout autre observateur (la dimension énergie, humaine, charnelle)
Or la reproductibilité préfère des chiffres. En science, une observation sera aboutie si elle utilise des indicateurs afin de pouvoir faire des mesures avec des valeurs chiffrées.
observer => indicateurs => mesurer => chiffres. « if you cant measure it, forget it.
Limmense intérêt du chiffre est quil facilite le test de reproductibilité.
En transformant une observation en mesure réalisée, vérifier la reproductibilité dune observation se transforme à vérifier
que toute autre observation donne toujours le même chiffre !
Le chiffre permet des observations beaucoup plus universelles et à la reproductibilité beaucoup moins discutable !
En méthodologie scientifique le chiffre est le fruit de lunion entre lobservation (étape1) et la reproductibilité (étape5).
Une observation aboutie inclut des chiffres pour permettre den tester la reproductibilité.
4/ la SYNTAXE scientifique aval,
Toujours pour faciliter la reproductibilité, donc éliminer tout risque de faux sens, le langage aval (vulgairement assimilé au « langage scientifique ») recherche en permanence le concentré :
- le minimum de signes, un concentré de sens pour une facilité maximale de manipulation (par lintelligence déductive = une ligne de maths sécrit en dix lignes de langage littéraire).
- pas de redondance, au contraire du littéraire. En langage littéraire, un texte bourré de faute dorthographe se comprend très bien (souvent changer lordre des lettres dans un mot ne se remarque même pas en lecture rapide). Le langage scientifique na aucune redondance. Oublier une lettre, la changer de position, et cest simplement un autre sens qui est transmis clairement et sans ambiguité.
- tout en monosème, pas de possibilité dassocier à un même mot plusieurs sens. Eliminer la pluralité des sens dun même mot diminue certes les risques de non reproductibilité (avec un seul sens possible, tout le monde ne peut y comprendre quune seule chose) mais interdit les jeux de mots donc diminue les associations et la créativité.
Tout écrit y est réduit au strict minimum, pour interdire toute diversité dinterprétations.
- les noms y sont très souvent dune seule lettre,
t pour le temps,
x pour une inconnue, ou une variable (connue, mais qui change de valeurs)
y pour le résultat,
f pour toute fonction, f(x)
n pour dénombrer (suites xn ou un, séries Sn) ,
Cela pour les maths, mais de même en physique, où chaque variable physique est souvent représentée par une seule lettre (x, y, z = position ; E = énergie ; F = force ; I = intensité électrique ;
)
- dont le sens unique (= monosème) peut pourtant varier avec le contexte.
i pour numéroter (xi)
mais le même i pour désigner un nombre (i, le nombre imaginé tel que i2 = -1)
- la position, est un choix chargé de sens en syntaxe scientifique, toujours pour le culte du concentré :
- en haut : xn, pour des multiplications, se lit x puissance n
- en bas : xn, pour des emplacements (le nième de la suite), se lit x indice n,
- à gauche, à droite (toutes les opérations ne sont pas commutatives) ,
- au dessus (la longueur dun segment)
- en dessous (la barre de fraction
)
. tout est bon pour augmenter les significations par les choix de syntaxe dans un minimum de signes.
- le contexte peut même changer de sens sans changer la forme écrite (= les signes sont les mêmes) :
Le E des statisticiens (Espérance mathématique) nest pas le E des physiciens (Energie)
II les Territoires des Sciences,
et les sous-territoires des sciences dures fondamentales
les territoires scientifiques
1/ sciences dures
mathématiques = chiffres, nombres (N, Z, Q, R, C,
),
- fonctions = droites, coniques (paraboles, hyperboles), sinusoïdales,
univoquies / multivoques
- algèbre = linéaire, matrices, déterminants,
- trigonométrie = sinus, cosinus, tangente, co-tangente,
- géométrie,
- ensembles (corps
),
- équations (linéaires, du Nième degré, dérivées, intégrales, équations différentielles, suites, séries
physique
les 5 dimensions, force / énergie / puissance, position / vitesse / accélération, temps, matière,
les 3 états de la matière,
PHYSIQUE = mécanique + cinématique + optique + électricité + thermodynamique + mécanique quantique + physique des particules, astro-physique,
chimie
tableau de Mendéléev, classification périodique des éléments,
2/ sciences intermédiaires
3/ sciences molles
sciences fondamentalesSciences appliquées
1 - dures2 - « intermédiaires »3 - mollesMathématiques Biologie médecine, pharmacie, biochimie,
génétique (OGM, génie génétique
) ArchéologieLangues : grammaire (Saussure), sémantique, langues mortes, langues vivantes, linguistique, Physique mécanique, dynamique, statique, électricité, optique, GéologieHistoire : des technologies, des sciences, des langues, des religions, de lart, EthnologieChimie pétrochimie, Climatologie Géographie : économique, politique, PhilosophiePhysique Quantique (atomique, subatomique = physique des particules) Astrophysique (galaxies, étoiles, planètes
)Economie PsychologieSociologiePolitique FinancesEthologieMarketing
Lamalgame politique entre la science et sa partie aval (déductions à partir du modèle dominant) sans sa partie amont (la conception, créative, qui acceptre dobserver) fait piétiner beaucoup de sciences molles ou intermédiaires (sociologie, économie
). Cest pour tuer les dé-rangements quy soulèveraient les questions des observations qualitatives amont (type pourquoi privilégier cette mesure ? type léconomie nest pas du tout ni largent ni le PIB) que leurs financeurs tuent ces sciences en y exigeant des chiffres.
III les 5 Dimensions de lunivers
Position (3 dimensions), Temps et Energie, lespace est lieu + temps + énergie
= tout point M de lespace se caractérise par 5 valeurs (= réelles = dans lensembler des nombres réels) pour ces 5 coordonnées : M(x,y,z,t, E)
- lemplacement = la position (dans un volume = 3 dimensions) = M (x,y,z)
- linstant = t
- lénergie = E, dont la nature est fabriquée par sa répartition dans son environnement proche.
Energie et masse sont de même nature.
à échelle humaine, la masse est la perception dune partie de la fonction donde de lénergie.
Autrement dit, en sus de ces 5 valeurs (= coordonnées) aucune autre information nest nécessaire pour déterminer (= identifier, caractériser) un point de lespace.
étape 1 : lespace, les 3 premières dimensions pour lemplacement, la position
Notre espace géographique est à 3 dimensions (R3), c'est-à-dire quil faut connaitre 3 valeurs (les coordonnées géographiques, type x,y,z en repère orthonormé) pour déterminer une position dans lespace, et ce indépendamment du repère choisi.
Sil y a plus de 3 valeurs il y aura redondance des informations.
Sil y a moins de 3 valeurs il y aura incertitude sur la localisation (fonction multivoque = à un départ, ici les coordonnées, correspondent plusieurs arrivées, ici des points localisés)
Il faudra toujours 3 valeurs (donc 3 variables, 3 degrés de liberté) pour déterminer une position dans lespace.
exemple1 (R3) : tout point M se localise dans lespace par ses 3 coordonnées, type 3 distances (exemple : x,y,z) dans dans un repère orthonormé, mais dautres repères utilisent dautres variables (exemple deux angles et une distance en astronomie
etc
).
exemple2 (R2) : sur un espace réduit à une surface plane ou courbe (type le sol ou une altitude), il faudra seulement deux valeurs pour y positionner (= localiser) un point car le troisième degré de liberté a été supprimé par la contrainte dappartenir à cette surface) :
- deux distances sur deux axes (Ox et Oy),
- ou un angle et une distance (trigonométrie),
- ou deux angles (triangulation ; longitude et latitude positionnent chaque point sur la terre)
- etc
exemple3 (R1) : sur un espace réduit à une ligne (type une route), tout point naura besoin que dune variable (la troisième) pour être localisé (type sa distance à une origine fixée sur cette ligne) car deux degrés de liberté ont été supprimés par la contrainte dappartenir à cette ligne.
étape 2 : lespace-temps, la quatrième dimension est le temps, (t)
Apparition du principe dincertitude de Heisenberg, où position et vitesse sont indissociables et lon ne peut pas connaitre les deux avec certitude puisquaugmenter la précision de lune augmente limprécision (incertitude) de lautre.
Arrive donc lespace temps, à 4 dimensions car un élément sy localise par 4 valeurs (x,y,z,t) .
Notre espace géométrique nest quune première approximation, lespace et le temps sont indissociables à échelle macroscopique (astrophysique) autant que microscopique (physique des particules).
(NDLR) étape 3 : lespace-temps-énergie, la cinquième dimension est lénergie, dont la masse (m)
Conséquence de E = mc2 (Einstein), la matière (m) et lénergie (E) sont de même nature, du même degré de liberté.
La masse est une forme de stockage dénergie (nucléaire), parmi beaucoup dautres (cinétique, électrique, thermique
).
La masse disparait quand son énergie se trans-forme (change de forme, la matière devient énergie diffusée : les réactions nucléaires, le soleil)..
La matière est une création de nos sens. Sans sens, pas de matière.
Le « grand livre de la nature » est surtout lélargissement de nos sens au delà du corporel par les nouveaux outils de perception fournis par la science, préparés par le conceptuel et mis à disposition par lindustriel (conceptuel et industriel, lesprit et le corps, lâme est chair, recherche & développement).
NDLR : cette séparation en seulement 5 sens nest quune première approximation, nous percevons charnellement aussi en sus de nos 5 sens (une décharge électrique, une émotion
)
- à échelle humaine (visuelle, pesante ou puante, touchable ou brûlante), nos sens (vue, son, odeur, goût, toucher) dans leurs plages de perception perçoivent notre « environnement » et le matérialisent en nommant « matière » les émetteurs de ces informations reçues par nos sens !
sens1 : vue = longueurs dondes optiques perçues par nos yeux :
- batonnets distincts pour couleurs ou noir & blanc,
- longueurs dondes, nous percevons seulement une fourchette (un intervalle) de longueurs dondes visuelles, de lultraviolet (ondes courtes) à linfrarouge (longues), et sommes aveugles en dehors, notre corps ne perçoit ni les ondes très longues ni les très courtes telles pour les radios, télévisions, téléphones
(HF = Hautes Fréquences, puis VHF = Very High Frequency, puis UHF = Ultra Hautes Fréquences).
sens2 : son = vibrations mécaniques de lair perçues par notre oreille interne. Nous percevons seulement une plage de longueurs dondes sonores perçues (des aigües, ondes courtes, au graves, ondes longues), et sommes sourds en dehors de cette plage sonore
sens3 : odorat = éléments chimiques perçus par les capteurs de notre nez,
sens4 : goût = éléments chimiques perçus par les capteurs de notre palais (sucré, salé = très restreint
).
sens5 : toucher = micro-pressions mécaniques perçues par les capteurs de notre peau.
- ou inhumaine (indétectable directement par nos seuls sens, mais détectée par dautres sens, ceux dautres animaux ou de nos appareils délargissement de nos sens, dobservation tels les téléscopes, thermomètres, loupes,
).
La physique inclut lélargissement de nos sens et la détection de nouveaux sens (quantiques,
).
Cette extension de nos sens fait donc apparaitre de nouvelles « matières » (anti-matière, trous noirs,
). IV la Méthodologie scientifique
1/ la science
La science nest PAS seulement de manipuler des chiffres dobservations et corrélations en aval dhypothèses amont. La démarche scientifique est mille fois plus riche de mille autres facettes pour ouvrir mille fois plus de territoires mille fois plus puissants.
La science cest itératif :
étape 1/ observer, voir, constater,
étape 2/ analyser (aðnðað ðlðuðeðiðnð = dé-lier) et comprendre (cum prehendere = prendre avec, prendre ensemble), différencier en éléments pertinents puis les re-lier, re-construire à nouveau un tout global.
étape 3/ pré-voir, modéliser des comportements, des liens de causes à effets,
étape 4/ manipuler, faire, agir, obtenir des résultats en aval (les effets souhaités, les objectifs visés) pré-vus à partir de moyens en amont (les variables de causes
à effets !).
étape 5/ re-produire, faire à nouveau, faire faire ailleurs et par dautres.
Une autre fois = reproductible dans le temps, valable à tout instant,
dans un autre lieu = reproductible dans lespace géographique, valable à tout endroit,
par un autre acteur = reproductible dans lespace humain, valable pour tout observateur ou utilisateur.
La reproductibilité est la clé, l incontournable du scientifique.
1-observer = observation = choix de variables principales = indicateurs & chiffres,
2-analyser (aðnðað-ðlðuðeðiðnð = dé-lier) = choix de liens & modélisation = modèles,
3- prévoir = action conceptuelle = observations prévues = à vérifier par lexpérience
4- manipuler = action physique, faire une expérience et observer les résultats
5 - reproduire = tester la reproductibilité fiabilité du modèle
commentaire : il sagit toujours de différencier (= les type dobservations) et relier (= regrouper les observés semblables + expliciter les liens entre ces groupes dissemblables),
Une taxinomie (plantes & animaux telles les taxinomies de Linné, Buffon, Darwin
, ou minéraux
) est lensemble de groupes (un nom par groupe élémentaire) et de liens (arborescence) créés par un mode de différentiation retenu.
2/ la rigueur scientifique :
Dans chaque étude, dans chaque territoire scientifique, les modèles retenus (variables, équations
) sont les résultats itératifs de ce qui «colle» sans faille avec les observations et expériences.
La méthode scientifique ne se contente pas jamais dun modèle qui marche « presque toujours », son exigence veut toujours du absolument « sans faille », c'est-à-dire sans aucune exception inexpliquée.
Cette exigence extrême est ce que les « non-scientifiques » trouvent dhabitude le plus borné et insupportable dans lunivers scientifique, alors que cest justement la clé qui par sa rigidité permet à la science de fabriquer et dé-couvrir ses nouveaux territoires illimités.
En méthodologie scientifique, seule lextrême rigeur exigée de toutes les observations et de leurs modèles (concepts, de variables principales reliées par leurs équations) peut permettre à la moindre faille, la moindre observation qui ne colle pas avec le modèle du jour, de devenir lopportunité pour détruire le paradigme dhier en dé-couvrant les limites du domaine de validité du modèle jusque là dominant, et lopportunité pour créer le nouveau modèle de demain, qui ainsi ouvre le nouveau territoire de ses nouveaux corps, observations, concepts et manipulations.
Reprocher à la science la rigidité de ses exigences est aussi inepte que reprocher au sexe la puissance de ses pulsions, autant le sexe est la clé pour renouveller la vie humaine, autant la rigidité de lexigence scientifique est la clé pour ouvrir les nouveaux territoires dé-couverts par la science.
Electricité, molécule, atome, sont ainsi des corps et énergies créés par la rigueur de nos précédentes observations et modèles.
Demain, enfin réussir à observer la gravité en tant que « corps » pourra nous ouvrir un immense nouveau territoire aujourdhui insoupçonné !.
V Histoire des sciences
SOMMAIRE
1/ observer
2/ histoire des sciences
3/ acteurs
4/ enjeux politiques
1/ observer
Dans ce cycle, la plus riche étape de la science, celle qui apporte les ruptures les plus fructueuses en ouverture de nouveaux territoires, ce ne sont pas les corrélations ou modélisations mathématiques, ni les liens de causes à effets.
La source principale de nos ruptures et progrès scientifiques, y compris en sciences «dures» (physique, chimie ou biologie) cest lobservation : dabord QUALITATIVE et seulement ensuite quantitative.
Parmi toutes ces étapes, la première, observer, est la plus difficile des activités scientifiques.
Accepter dobserver est socialement extrêmement difficile, car cela inclut daccepter de quitter le confort de ses lunettes culturelles familières et socialement enrichissantes.
Observer cest accepter de sentir.
Cest supporter langoisse des ruptures de repères, des destructions de modèles pourtant rôdés, performants et familiers.
Cest accepter de ne pas nier, voir et témoigner un défaut du modèle, un point où le discours, la théorie, ne colle pas avec lobservé.
Cest vivre le risque de la solitude des explorateurs, la haine des agressés pour qui toute découverte de nouveaux mondes signifie dabord laffaiblissement de leurs repères et modèles du jour, laffaiblissement de ce qui les nourrit en titres, réseaux, postes, honneurs, puissances, relations
.
Observer est dabord une activité qualitative, par le choix en nature de la dimension à considérer (con sidéré !), et seulement secondairement et ensuite y interviennent les dénombrements et quantités.
Lobservation qualitative est à la science ce que dieu est à la religion, le concentré de sa substance.
La terrre est ronde, lair a un poids, dieu est mort (puis le serpent a la vie dure et dieu nest plus tout à fait mort), à chaque instant observer est une menace détestée et mal vécue par lordre social.
Le vrai scientifique dé-range, la vraie science est une douleur sociale, car elle détruit le passé, annule et remplace. La vraie science détruit et transforme nos lunettes culturelles.
2/ histoire des sciences
Au début, en première étape de la révolution scientifique, du XVIIième siècle « des lumières » jusquau début du XXième siècle, la science reste à sa première approximation du déterministe classique, avec « le grand livre de la nature », « les lois de la nature », et « dieu ne joue pas aux dés » (Einstein)
.
Nous y découvrons linvisible pour nos sens, depuis linfiniment petit jusquà linfiniment grand où « le silence éternel des espaces infinis meffraie » (Pascal, Pensées, 1669).
Nos nouveaux instruments (en optique la lentille apporte le microscope et la lunette astronomique) nous ouvrent nos nouveaux mondes.
Observatrice, conceptuelle et manipulatrice, la science est une activité de Recherche & Développement qui transforme simultanément tous nos espaces, psychiques (religieux ou spirituels, par sa modélisation) et matériels (par ses applications mécaniques).
Par ses concepts, Galilée (« et pourtant elle tourne ») enlève la terre du centre du monde, puis même le soleil ny reste pas longtemps car nous découvrons la galaxie et même dautres galaxies, pendant quen découvrant lévolution de la vie et des animaux, Darwin enlève lhomme du centre de la création.
Par ses applications, les chevaux omniprésents quittent nos villes et nos foyers, dabord remplacés par charbon et vapeur puis par pétrole et fée électricité aujourdhui, avant demain
.
Ensuite, en deuxième grande étape, au fil de davantage dobservations plus fines et précises, depuis le début du XXième siècle, laléatoire revient avec la physique quantique et son principe dincertitude (oui le hasard existe, « dieu joue aux dés ! ») et le complexe se déploie dans le battement dailes dun papillon en Australie qui peut provoquer un ouragan en Amérique du Sud
.
Avant-hierHier (du XVII ième au XX iéme siècle)AujourdhuiPhysiqueChimie
atomique
Particules élémentaires
Infra-atomique & astro-physique
Les 4 élémentsLa terre au centreLe soleil au centre
notre galaxie
N galaxies? dautres univers Univers déterministe
« dieu ne joue pas aux dés » (Einstein)
« donnez moi un levier et je soulèverai le monde » (Archimède) Univers aléatoireMètre étalon Longueur donde
3/ acteurs
Pascal
Newton, Copernic, Galilée mouvement des planètes
Descartes
4/ sciences dures & enjeux politiques ,
4a/ exemples denjeux politiques par variable scientifique
temps :
- lhorloge : lheure, début et fin du travail, par exemple en 1700 lempereur de Chine était le maitre de lheure de toutes les horloges sur tout le territoire
Longtemps les heures de la journée ont été découpées en tranches égales (les « heures ») du lever au coucher du soleil, durée qui aujourdhui va de 8H lhiver à 16H lété. Dans nos régions tempérées, la durée des « heures » variait donc du simple au double au fil des saisons.
- le calendrier : les saisons, pour les agriculteurs, dates pour semer, planter, récolter)
- les transports : le mouvement des étoiles, sorienter, caravanes dans le désert,
surfaces :
géométrie, par larpentage (triangulation) pour les impôts et les valeurs (prix du terrain),
chiffres :
Pour dimensionner les propriétés immobilières (terrains) ou mobilières (troupeaux, récoltes), pour la mort (stocks darmes) ou pour la vie (stocks de grains contre les famines), et pour alimenter la puissance centrale dans lassiette des impôts puis leur collecte (récolte)
- base 10 (doigts), 7 (jours de la semaine),12 (heures, mois), 60 (minutes, degrés / angles). Les incas comptaient en base 60.
- la base12 faciliterait les calculs car a davantage de diviseurs (2,3,4,6), mais la base 10 (seulement 2 et 5 en diviseurs >1) a été retenue et résiste en corps car lesprit est chair (10 doigts aux pieds & aux mains)
matériaux :
- pierre, bronze, fer = les 3 grands âges avec 1-âge de pierre (taillée de mieux en mieux), puis 2-âge du bronze puis 3-âge du fer (de la fonte à lacier)
dont 4-poudre (& chimie), 5-vapeur, 6-électricité, pétrole 7-nucléaire
- coton (plantes), soie (vers), laine (moutons)
technologies
et techniques,
Quand les progrès, très conséquents pour le quotidien, ne sappuient pas sur la recherche mais sur le développement
Lhistoire des techniques est toute une branche de lHistoire de lhumanité. Ce nest pas lhistoire des sciences mais lhistoire de leurs applications.
Cazr invention, application et diffusion sont trois étapes scientifiques distinctes dont les occurrences peuvent être séparées en siècles et en continents.
exemples de techniques, invention puis diffusion de :
- armes de jet = propulseur, (sarbacane), arc, arbalète
- tissus = tissage (vêtements pour se vêtir, voiles de bateau, tentes pour lhabitat
), filets (pêche)
-
énergies = énergie mécanique + énergie potentielle (exemple gravité) + lumière (ondes ou particules) + énergie électrique + énergie chimique + énergie atomique + physique des particules
énergie mécanique : la principale source dénergie des civilisations jusquà très récemment (XVIIIième siècle) a été humaine (serfs, esclaves, paysans
) et animale (animaux domestiques tels ânes, mulets, lamas, buffles, chevaux & bufs), avec un très faible apport par les éléments tels leau (moulin à eau) ou lair (moulins à vent)
Ils ont depuis été remplacés par vapeur, électricité, pétrole.
Léconomie différencie les énergies primaires (eau, air, combustibles fossiles) et énergies secondaires (après transformation dune énergie primaire pour en faciliter lusage, telle lélectricité).
énergie thermique : dabord surtout animale : crottes humaines et des animaux domestiques, végétale (bois) et fossile (charbon)
les 3 états de la matière = 1-solide (froid) / 2-liquide / 3-gazeux (chaud)
la température de changement détat dun corps pur
les corps = corps simple (H2 = hydrogène) + corps pur (H2O = eau) + corps composé
un corps composé peut être homogène (air = 79% N2 azote + 20% O2 oxygène + 1% divers) ou hétérogène (= PAS homogène, exemple une plante).
autre exemple de corps plus ou moins homogène, en pétrochimie le pétrole brut (après extraction, avant raffinage) = alcènes (CnH2n, tels méthène, éthène, propène, butène
et alcanes (CnH2n+2) tels méthane (CH4) + éthane (C2H6) + propane (C3H8) + butane (C4H10) + essence + gazoil + fuel lourd + bitumes.
5/ sciences molles & enjeux politiques, exemples
- religions
- medias
- économie
- sociologie
- anthropologie
- politique
.
VI les Unités de mesure
1/ critères de pertinence pour une variable,
1/ large, en territoire dapplications = (autant que possible) générale, pas spécifique, pour un usage le plus large possible, omniprésente :
exemple = séparer « un mouton + un mouton » en « 1 + 1
appliqué aux moutons ». Ainsi séparer les moutons de leur dénombrement produit un outil (ce « 1 + 1 ») aux mille autres applications.
2/ connectée, par des liens simples = corrélations simples avec dautres variables pertinentes
exemple : position, vitesse, accélération
3/ universelle, son fonctionnement (en observations, prévisions, manipulations) ne dépend PAS de lutilisateur (observateur)
2/ les unités de mesure, détails sur le système MKSA
- MKSA = Mètre (unité de longueur), Kilog (unité de masse), Seconde (unité de Temps), Ampère.
- M = Mètre étalon (= hier 1/10 millionième dun quart de tour de la terre, où par définition la Terre a 40 000 km de tour !), devenu longueur donde, unité pour la position (sur les 3 dimensions Ox, Oy, Oz)
- K = Kilog, kilogramme = 1 000 grammes (kilo = mille) , unité pour la Masse, donc pour lénergie.
tous deux, mètre et kilog, avec persistance dunités anciennes par secteur dactivité (le poids en carat pour les diamants, le volume en barril pour le pétrole ou en stères pour le bois,
)
- S = Seconde, hier pendule étalon (à Paris, sous les jardins de lobservatoire, dans un puits très profonds lié aux andiennes carrières de construction de la capitale), devenue fréquence dun élément repère
- A = Ampère, intensité électrique en coulombs (unité de charge électrique) / seconde : A = C/S.
- températures, échelle en degrés, linéaire entre solidification (glace) et évaporation (vapeur) de leau :
- c Celsius :
par définition de cette échelle de températures (Celsius) au niveau de la mer leau gèle à 0°C et se vaporise à 100 °C,
- k Kelvin : le zéro absolu, et les intervalles Celsius, 0°K = -271°C et 100°C = 371°K. k = c + 271
Par définition de léchelle Kelvin, aucune température ne peut être inférieure à 0°K puisque cest le niveau dénergie nulle.
Les unités de mesure anglaise sont un constant émerveillement de créativité de complexité, certes utile à renforcer une royauté en empêchant le peuple de trop facilement calculer donc comprendre :
températures : f Fahrenheit, où 0°C = 32°F, et 100°C = 212°F, donc +1,8°F = +1°C f = 1,8c + 32 c
longueurs : 12 pouces dans 1 pied, 3 pieds pour 1 pas un yard -, 2 000 yards pour 1 mile nautique mais 1 760 yards pour 1 mile terrestre,
poids : 14 pounds dans 1 stone
,
monnaies : hier 12 pennies dans 1 shilling, 20 shilling pour 1 livre anglaise mais 21 shilling pour 1 livre écossaise,
Les choix scientifiques sont très politiques, de leur conception à leurs conséquences, pour affaiblir ou renforcer la puissance de la civilisation qui les utilise.
VII quelques Variables principales & modèles,
Lois de la nature & équations fondamentales, début
(suite = leçons suivantes)
A - variables
1/ temps
variable 4 : t, le Temps, à partir dun pendule de référence, dabord de fabrication humaine (dans les sous-sols des jardins de lobservatoire à Paris), puis atomique (le rayonnement dun élément référend)
2/ position, vitesse, accélération
variable1, 2, 3 : la Position,
sur un axe Ox, x = mesure de la distance au point défini comme origine
sur trois axes Ox, Oy, Oz : tout repère orthonormé (Ox, Oy, Oz) identifie la position de tout point M de lespace par ses trois coordonnées (x, y, z)
variable6 : la Vitesse, variation de la position par unité de Temps, v = dx/dt,
variable7 : accélération, gð = dv/dt, donc aussi gð = d2x/d2t,
en vecteurs se lit sur les 3 axes simultanément,
gðx = d2x/dt2 = dvx/dt , gðy = d2y/dt2 = dvy/dt , gðz = d2z/dt2 = dvz/dt
3/ force, travail, énergie, puissance
variable8 : la Force, F, force = masse x accélération. F = mgð ð par définition,
territoire : mécanique (statique&dynamique)
variable 5 : le Travail, W (W = work in english)
W = force x déplacement dW = Fdx par définition,
l Energie, E = stock de travail, donc même quantité que le travail, exemples :
E = mgh (énergie potentielle, exemple barrage deau)
E = 1/2mv2 (énergie cinétique, exemple chute des corps)
variable 9 : Puissance, P : puissance = énergie / temps, P = dE/dt = variation de lénergie (= énergie fournie = énergie consommée) par unité de temps.
exemple (énergie électrique) : P = RI2 = UI , car U = RI (tension = résistance x intensité)
exemple 220Volts (tension de lélectricité domestique) x 30Ampères (intensité du courant, un choix dabonnement au disjoncteur EDF) = 6 kiloWatts (maison « moyenne »)
4/ corps, molécule, atome, particule
PhysiqueChimieAtomique, Mécanique quantiqueCorps (hétérogènes ou homogènes)Corps purs (composés ou simples)MoléculesAtomesparticulesDans ce territoire (= la chimie), les atomes (= les 100 éléments du tableau de Mendéléev) restent inchangés, les molécules se transforment (= réaction chimique)Ici les atomes se transforment = réaction atomique (le plomb devient or !)Energies physiquesEnergies chimiquesEnergies atomiques
5/ solide, liquide, gazeux
= les 3 états (phases) dun corps :
Le changement détat de tout corps pur se fait à température constante qui ne dépend que de la pression
Variable / phase ->SolideLiquideGazeuxTempératureFroidintermédiaireChaudPressionFaibleintermédiairehauteB - lois & équations
calcul1 : énergie cinétique,
équation (= résultat dun simple calcul, à partir des définitions préalables) E = ½ m v2
démonstration : nommons DðE l augmentation d énergie de l immobilité (v = 0) jusqu à la vitesse v,
or par définition l énergie est le travail stocké : DðE = somme (= intégrale) des Fdx = Sð ðFdx,
avec F = mdv/dt et dx = v . dt
donc Sðmvdv d où (calcul maths) = 1/2mv2
territoire : mécanique
domaine de validité : quand v est très petit devant c, c'est-à-dire quand la masse peut être considérée comme constante, car mv= m0 / racine de (1 v2/c2)
loi1 : conservation de lénergie,
« rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme » ( ? Lavoisier)
équation : exemple transformation énergie gravité en énergie cinétique mgh = ½ mv2
application : chute des corps (Galilée, observation des vitesses en bas dune pente).
équation : exemple transformation de la masse en énergie E = mc2 (Einstein)
territoire : mécanique
VIII leçons suivantes
programme = pioche, ici avec des « fautes » (exercice : trouvez les fautes, et envoyez les à HYPERLINK "mailto:brunomv@hotmail.fr" brunomv@hotmail.fr avec leur corrigé, merci !), ici aide-mémoire pour approfondissements par lanimateur (après 40 ans doubli) au fil des rythmes, choix et demandes des étudiants.
Les leçons suivantes sont dautres promenades dans ces territoires mathématiques, physique et chimie,
pour y dé-couvrir d autres exemples de variables, lois « de la nature » et équations fondamentales.
temps, le pendule : T = 2 pð ðPðL/g & sðM application : le pendule de Foucault
gravité, la chute des corps :
mgh = ½ mv2
F = m gð ð=ð ðmg = kð ðmM/d2
E = F L , conservation de l énergie => rð ðénergie potentielle = rð ðénergie cinétique,
l'énergie potentielle s y transforme en énergie cinétique
(moins les frottements qui la transforment en énergie thermique)
le couple
applications : le levier (d Archimède), le mouvement des planètes (Newton et la surface constante),
triangulation (géométrie) la taille de la terre, le puits dAlexandrie,
microbes, bactéries, pénicilline, vaccins (Pasteur)
principe dArchimède (physique), «eureka» (= jai trouvé, Archimède), la densité des corps, flottaison
levier dArchimède « donnez moi un levier et je soulèverai le monde » (Archimède)
conservation de lénergie « rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme » ( ? Lavoisier, ou Laplace). Lénergie totale ne change pas, mais lénergie individuelle change de forme (= de nature) : énergie cinétique, énergie thermique, énergie électrique
Lénergie potentielle est un autre concept, qui représente lénergie stockée (et restituable, y compris sous dautres formes).
principe de Carnot (?2ième) principe de la thermodynamique, asymptote du rendement du cycle vapeur
théorème de Thalès (géométrie), la hauteur de la Tour Eiffel.
théorème de Pythagore (géométrie), le « 3, 4, 5 » des maçons
calcul de la somme d une série la mouche et les deux trains
les lois des gazs parfaits PV/T = constante (si adiabatique), PVgð = constante (si isotherme)&
nombre d Avogadro N molécules dans une mole.
principe (= modèle tiré des observations) : la pression (P) d un gaz est fabriquée par le nombre de molécules et la vitesse de leur déplacement (T) dans un volume (V).
conséquence (= « loi de la nature ») : à même température et pression, le nombre de molécules par unité de volume est le même pour tout gaz !
constante des gazs parfaits une « mole », voir Nombre dAvogadro.
constante de Planck
équation de Schrödinger en mécanique quantique, relie fonction donde et énergie.
principe dincertitude dHeisenberg Position (x, y, z) et Vitesse (dx/dt, dy/dt, dz/dt) sont liées, elles ne peuvent être connues simultanément = augmenter la précision de lune augmente limprécision (= lincertitude) de lautre.
Cest limpossibilité de connaitre précisément position & vitesse, lintroduction de lincertitude, donc de laléatoire, qui suscita le fameux « Dieu ne joue pas aux dés » (Einstein).
En particulier, + la vitesse est grande, proche de c (= vitesse de la lumière), + la position est incertaine.
e
pð
lð ð=ð ðh ð/ð ðnð
F = 1 / T fréquence & période
triangle du feu = combustible + comburant (oxygène) + température Application : pompiers.
PV = cste (isothermique) , PV/T = cste (adiabatique) , PVgð = cste (& ? réaction chimique ? )
Annexe 1/ approfondissement qualitatif : les corps
La matière de la physique sont les corps.
Les corps physiques peuvent être perceptibles par nos sens (reconnaissance des formes par lil,
) ou imperceptibles et nécessiter dautres capteurs (ondes télévision, radio, téléphone, flux électriques,
).
La physique est létude des corps, historiquement dabord naturels et élémentaires, puis de plus en plus composés et artificiels.
Elle cherche pour tout corps à lidentifier (est-ce bien ce corps là, en tout point semblable à tous les autres échantillons du même nom ?) puis à observer (voire mieux, prévoir) ses principales propriétés !
Létude des corps se divise en trois grandes études,
étude 1/ le mouvement des corps,
En restant le même corps, comment il occupe quel espace ou se déplace (étude des mouvements).
Nos siècles et millénaires dobservations et analyses (= modélisations) ont produit des lois (« de la nature ») très simples, où les mêmes lois (de gravité, dinertie) sappliquent autant aux comportements des corps macroscopiques (célestes) que microscopiques (la chute des billes de Galilée à partir de la tour de Pise, la pomme de Newton).
La taille des corps ny intervient que pour leur masse (m, une simple variable dans les équations générales des mouvements des corps) et leur forme (pour la résistance du milieu où ce corps se déplace, air, eau
) !
étude 2/ les composants intérieurs dun corps, sa distillation en « molécules »
étude 2/ dans leurs composants intérieurs : de quoi sont-ils faits, quest-ce quil y a dedans, est-ce que lon peut les fabriquer, comment ?
Cette étude a inclus beaucoup dexpériences de séparation, union ou transformation de sa forme ou de son espace.
- Séparer le corps en plusieurs morceaux, identifier ses composants (inertes ou vivants),
- Unir le corps avec dautres corps, ou le ré-unir = refaire le même corps à partir de ses composants élémentaires.
- Transformer sa forme, le faire changer détat (solides, liquides, gazs) ou despace (ses conditions en températures, pression, volumes).
Au début, ces observations et expériences étaient surtout physiques : on casse (pilonne, broie en poudres), chauffe et refroidit (distille), sépare les solides des liquides (laisse retomber, centrifuger
), avec des corps hétérogènes ou homogènes, purs ou composés.
Très vite apparaissent deux critères importants pour létude dun corps et lobservation de ses propriétés :
critère1/ ce corps est-il hétérogène ou homogène ?
Les sciences « fondamentales » portent dabord sur les corps homogènes (= les «briques de base» de tous les corps)
- hétérogène, quand un échantillon prélevé na pas les mêmes composants quun autre échantillon prélevé à un autre endroit sur le même corps (exemple huile et vinaigre non mélangés dans un verre)
- ou homogène , quand tous les échantillons prélevés à divers endroits du même corps auront tous les mêmes composants en nature et en quantité (= proportions).
critère2/ ce corps est-il composé ou pur ?
Les sciences « fondamentales » portent dabord sur les corps purs (= les «briques de base» de tous les corps)
- composé, quand on peut encore séparer ce corps en plusieurs nature de composants
- ou pur, quand toutes ses molécules sont identiques, quand quelles que soient les manipulations pratiquées on reste toujours au corps de départ, on retrouve partout le seul et unique composant insécable (par la physique = sans réaction chimique avec dautres corps).
Ainsi apparut le concept et la frontière de la molécule.
Tout corps « pur » est composé dune seule molécule (en nature, mais évidemment présente par millards dexemplaires pour faire un corps perceptible à léchelle de nos sens) et ne peut donc plus être divisé en plusieurs corps différents (sauf par réaction « chimlique » avec dautres corps), alors que tout corps composé de plusieurs molécules différentes peut être « distillé » en plusieurs corps distincts.
étude 3/ les réactions dun corps avec dautres corps,
Comment ce corps se comporte-til en présence dautres corps ?
Comment sunit-il avec dautres pour
- devenir autre (= devenir un autre corps),
- se décomposer en morceaux de natures différentes (= en plusieurs corps distincts),
- ou se recomposer pour redevenir à son état initial à partir dautres corps (= composants).
3a/ les réactions « chimiques » entre « atomes » transforment les molécules,
avec échanges (production et absorption) dénergie (= chimique).
Cette étude des comportements extérieurs dun corps par manipulations et observations (ça brûle !) devint (aux XVIIième et XVIIIièmes siècles) bien modélisée et décrite en atomes, molécules (un corps sy appelle même « antimoine », vu sa dangerosité certainement conséquente en moines tués) et réactions chimiques.
Là apparut le concept de latome, de l « insécable » (a-tome = a-tomos = pas séparable), brique de base des molécules, tous décrits dans le « tableau de Mendéléev » (moins de 100 atomes !, moins de 100 briques de base pour tout lunivers jusquaux plus lointaines galaxies !).
3b/ puis les réactions atomiques (ou réaction nucléaire) transforment les atomes, dans leur noyau (= nucleus)
avec échanges (production et absorption) d énergie (= nucléaire) ,
Ce ne fut quen première moitié du XXième siècle que des manipulations réussirent à briser latome.
Cela produisit certes la bombe atomique mais plus largement toute la physique quantique et des particules.
3c/ puis les réactions entre particules, tranforme la particule en énergie (destruction, disparition dune particule, production dénergie), ou lénergie en particule (création, apparition dune particule, absorption dénergie),
Cest la physique des particules, la mécanique quantique.
les projecteurs de lâme
texte disponible (5 pages, demander à lauteur)
Annexe 2/ LEXIQUE
accélération = variation de la vitesse par unité de temps = dv/dt = dérivée de la vitesse
base = en maths : dans toute base, la base sécrit 10 pour 1 fois la base et 0 unités ; et dans toute base il y a autant de chiffres que la base.
chiffres = quantités entières inférieures à la base. Chaque base en a toujours autant que la base : 2 chiffres (0 et 1) en base deux, dix (de 0 à 9) chiffres en base dix.
d = distance entre les centres de gravité des deux masses en inter-attraction (ici la terre et un corps)
g = gravité terrestre, attraction de la masse Terrestre sur dautres masses,
vaut environ 10 m/s2 (précisément 9,81) au sol niveau de la mer
giga = 109 = un milliard, exemple gigaHertz
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