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Dessins et plans, Béliers, Physique, Énergie, Masse (physique), Coup de bélier, Démolition, Effets de la gravité, Gravité
Boule de démolition
Boule de démolition : diagramme pour le calcul de l'énergie potentielle de gravité. L'énergie potentielle gravitationnelle est, comme toutes les formes d'énergies potentielles, définie à une constante additive arbitraire près. Néanmoins, il est d'usage de fixer la valeur de la constante en prenant la valeur de l'énergie potentielle nulle lorsque la masse est infiniment éloignée du centre de gravité du champ auquel elle est soumise. Dans ce cas-là, l'énergie potentielle gravitationnelle est négative. Cela signifie qu'il faut fournir un travail positif (c'est-à-dire dépenser de l'énergie) pour extraire une masse d'un champ gravitationnel. Ceci est une conséquence directe du fait que, dans la nature, les masses sont des quantités positives, qui s'attirent toujours. Ainsi, éloigner une masse d'une distribution arbitraire de masses nécessite de dépenser de l'énergie pour s'opposer à la force attractive entre les différentes masses. Source : Bac pro Bâtiment-métal-alu-verre-matériaux de synthèse en 2006, épreuve Mathématiques et sciences physiques. Copié d'un sujet d'examen national français, considéré dans le domaine public par la jurisprudence (Tribunal de grande instance de Paris, 9 novembre 1988, et Cour d’appel de Paris, 13 juin 1991).
Peinture, Mécanique, Physiciens anglais, De la gravitation ou Les fondements de la mécanique classique - Isaac Newton (1642-1727), Gravitation, Masse (physique)
Sir Isaac Newton
Portrait de Sir Isaac Newton (1643-1727) par Sir Godfrey Kneller (1646–1723) : philosophe, mathématicien, physicien, alchimiste, astronome et théologien anglais. Figure emblématique des sciences, il est surtout reconnu pour avoir fondé la mécanique classique, pour sa théorie de la gravitation universelle.
Ascendance thermique
Schématisation du phénomène d'ascendance thermique : Le nuage (A) au-dessus du sol. Le soleil augmente la température du sol qui, à son tour, réchauffe l'air au-dessus (1). La bulle d'air chaud commence à s'élever (2) jusqu'à un certain point. La masse condense et redescend, à cause de sa température inférieure (3). Le vol thermique consiste à utiliser des courants d'air ascendants (appelés « thermiques », « ascendances », « pompes » ou « bulles ») pour monter. L'aérologie fait appel à quelques notions physiques : l'air chaud moins dense est plus léger que l'air froid ; si l'on considère la différence de température moyenne entre celle au niveau de la mer et celle au niveau de la tropopause, divisé par la hauteur, on obtient une diminution moyenne de la température de la masse d'air avec l'élévation de l'altitude de 0,65 °C tous les 100 m ; le soleil réchauffe de manière négligeable l'air directement mais le soleil réchauffe le sol de manière variable selon sa nature qui lui ensuite chauffe l'air au contact du sol par conduction ; lorsque qu'une masse d'air au contact du sol est suffisamment réchauffée, sa densité baisse, elle devient plus légère et s'élève si elle est entourée d'air plus froid ; cette « bulle » d'air s'élève aussi longtemps que l'air environnant est plus froid ; la « bulle » elle-même se refroidit non pas du fait du contact avec de l'air plus frais avec l'altitude mais du fait qu'avec l'altitude, la pression baisse, la bulle se dilate donc, la dilatation d'un gaz provoque son refroidissement à raison de 1 °C tous les 100 m de manière invariable.
Dessins et plans, Glace, Physique, Inventions, Expériences, Effets de la glace, Calorimètres, Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794), Pierre-Simon de Laplace (1749-1827)
Calorimètre à glace de Lavoisier et Laplace
Calorimètre à glace d'Antoine Lavoisier et Pierre Laplace en 1783. Source : Antoine Lavoisier, 1789 "Eléments de Chimie". C'est un appareil destiné à mesurer la quantité de chaleur par mesure de la masse de glace fondue. Il était composé de trois compartiments cylindriques concentriques et de 2 robinets. Le procédé consistait à placer une source chaude dans un compartiment central poreux tandis que le second et dernier compartiments étaient remplis de glace fine. La chaleur dégagée par la source fondait une certaine quantité de glace du second compartiment, qui était recuillie par dessous (robinet inférieur). La couche de glace la plus externe servait, elle, à "isoler" l'expérience en captant la chaleur extérieure. L'eau produite était évacuée par un robinet latéral. Avec la chaleur latente de fusion de la glace préalablement déterminée, la mesure de la quantité de glace fondue donnait celle de la chaleur fournie par la source jusqu'à l'équilibre thermique. Source: https://fr.wikipedia.org/wiki/Calorimètre
Dessins et plans, Balles et ballons, Énergie mécanique -- Transmission, Physique, Énergie, Énergie cinétique, Transfert d'énergie, Énergie potentielle, Énergie -- Conservation, Masse gravitationnelle
Chute libre : trois formes successives d'énergie
Dans la chute, de l'énergie potentielle devient de l'énergie cinétique. On peut utiliser le principe de conservation de l'énergie mécanique d'un système dans le cas d'une balle élevée à une certaine hauteur du sol. Initialement, elle possède de l'énergie potentielle gravitationnelle. En tombant, accélérée par la force gravitationnelle (une force conservative), son énergie potentielle devient graduellement de l'énergie cinétique. Juste au moment de toucher le sol, la différence d'énergie potentielle gravitationnelle, entre sa position initiale et celle qu'elle occupe, est devenue de l'énergie cinétique. Dans cet exemple, pour considérer que l'énergie est entièrement conservée, il faut négliger la résistance de l'air.
Dessins et plans, concorde, Physique, Avions -- Carburants, Centre de masse, Concorde (avion de transport supersonique)
Concorde : transfert de carburant
Le transfert de carburant : A : décollage, B : croisière, C : retour en subsonique. En plus de l’alimentation des réacteurs, le carburant remplit une autre fonction : il est utilisé pour le centrage. Après le passage du mur du son, l’équilibre aérodynamique est modifié, le centre de poussée recule. Pour compenser cet effet, le centre de gravité de l’appareil est déplacé vers l'arrière. Sur Concorde, la seule masse déplaçable est le carburant. Le transfert du carburant se fait de l’avant vers l’arrière pour le vol supersonique et le contraire pour le retour en subsonique comme sur le Dassault Mirage IV. Trois réservoirs situés dans le fuselage, deux à l’avant et un à l’arrière servaient principalement à cette fonction. Le transfert s’effectue par deux conduits dits « main gallery » entre les trois réservoirs. Pendant ces transferts, le déplacement du carburant est entendu en cabine. À Mach 0,93, transfert vers l’arrière du carburant, aux environs de Mach 1,2, début du transfert vers l’avant. Pendant l'avitaillement, la séquence de chargement du carburant permet de ne pas « poser » l’avion sur la roulette de queue. Une table des volumes des réservoirs permet de connaître la répartition du carburant. Sur cet avion, le carburant est également utilisé pour le refroidissement de l’air de conditionnement de la cabine.
Courbure de l'espace-temps sous le poids de la Terre
Illustration de l'influence d'une masse (ici, la Terre) sur l'espace-temps. En physique, l'espace-temps est une représentation mathématique de l'espace et du temps comme deux notions inséparables et s'influençant l'une l'autre, suite à l'apparition de la relativité restreinte et sa représentation géométrique qu'est l'espace de Minkowski, et dont l'importance a été renforcée par la relativité générale. Cette conception de l'espace et du temps est l'un des grands bouleversements survenus au début du XXe siècle dans le domaine de la physique, mais aussi pour la philosophie.
Dessins et plans, Poids (physique), Jeux -- Matériel, Physique, Jouets -- Fabrication, Culbuto, Jouets -- Design, Ramponneau
Culbuto
Culbuto vu de côté. Le point rouge et blanc représente le centre de masse de la figurine (représenté par une cible) car elle est majoritairement creuse, avec un poids à sa base. Un culbuto, rampon(n)eau ou poussa(h) est un type de jouet traditionnel pour enfants. Il s'agit d'un petit personnage dont la base arrondie est lestée de sorte que, même si le jouet est frappé ou renversé, il se redresse toujours et revient à la verticale en oscillant.
Dessins et plans, Poids (physique), Jeux -- Matériel, Vert, Balancements du corps, Physique, Culbuto, Jouets -- Design, Ramponneau, Orange
Culbuto se balance
Lorsqu'on pousse la figurine de Culbuto (ou Ramponneau), le centre de masse devient plus haut (il passe de la ligne verte à la ligne orange), et n'est plus à la verticale du point de contact avec le sol.
Densité d'énergie de quelques carburants
Densité d'énergie volumique et massique brute de quelques carburants (à l'exclusion des comburants). En physique, la densité d'énergie représente l'énergie par unité de volume en un point, concernant une forme d'énergie non localisée. Le concept de densité d'énergie est abondamment utilisé en relativité générale et en cosmologie car il intervient explicitement dans les équations déterminant le champ gravitationnel (les équations d'Einstein), mais il est également présent en mécanique des milieux continus et en électromagnétisme. Dans les applications de stockage d'énergie, la densité énergétique fait référence soit à la densité d'énergie massique, soit à la densité d'énergie volumique. Plus la densité d'énergie est élevée, plus il y a d'énergie pouvant être stockée ou transportée pour un volume ou une masse donné. Ceci est particulièrement important dans le domaine des transports (automobile, avion, fusée...). On notera que le choix d'un carburant pour un moyen de transport, outre les aspects économiques, tient compte du rendement du groupe motopropulseur. Les sources d'énergie de plus forte densité sont issues des réactions de fusion et de fission. En raison des contraintes générées par la fission, elle reste cantonnée à des applications bien précises. La fusion en continu, elle, n'est pas encore maîtrisée à ce jour. Le charbon, le gaz et le pétrole sont les sources d'énergie les plus utilisées au niveau mondial, même s'ils ont une densité d'énergie beaucoup plus faible, le reste étant fourni par la combustion de la biomasse qui a une densité d'énergie encore plus faible. Liste des carburants cités : Aluminium, Silicium, Anthracite, Fer, Zinc, Magnésium, Polystyrène, Polyéthylène, Borohydrure de lithium, Polyester, Métabolisme des graisses, Diesel, Essence, Kérosène, Butanol, Butane GPL, Propane GPL, Métabolisme du sucre, Glucose, Éthanol, Lithium, Bitumineux, Hydrazine, Méthanol, Sodium, Ammoniac liquide, Gaz naturel, Hydrogène liquide, Dihydrogène (700 bar), Dihydrogène, Méthane, Batterie lithium-ion.
Diagramme de Schaeffler pour la soudure
Diagramme de Schaeffler pour la soudure des aciers inoxydables. A : austénite γ ; F : ferrite α ; M : martensite ; 5-80% : pourcentage en masse de la ferrite dans l'austénite ; zones de risques : bleu clair, fissuration à chaud ; violet, fissuration à froid ; rose, fragilisation par transformation α→σ ; gris, fragilisation par croissance des grains α ; blanc, zone idéale. L'acier inoxydable, couramment appelé acier inox ou inox, a un grand rôle dans d'innombrables domaines : vie quotidienne, industries mécaniques, agroalimentaires, chimiques, transports, médecine, chirurgie, etc. C'est une famille d'aciers, alliages de fer et de carbone, auxquels on ajoute essentiellement du chrome qui, au-delà de 10,5 % en solution (selon la teneur en carbone) dans la matrice, provoque la formation d'une couche protectrice d'oxyde de chrome qui confère à ces aciers leur inoxydabilité.
Diagramme de Schaeffler pour la soudure des aciers inoxydables
Diagramme simplifié de Schaeffer pour la soudure des aciers inoxydables. A : austénite γ ; F : ferrite α ; M : martensite ; 5-80% : pourcentage en masse de ferrite dans l'austénite ; zone bleue : zone idéale (5-15 % de ferrite, moins de 25 % de Créq).
Dessins et plans, Automobiles, Physique, Véhicules automobiles, Dynamique, Automobiles -- Aérodynamique, Véhicules automobiles -- Pneus
Forces verticales d'une automobile à l'arrêt
Forces verticales s'appliquant à une automobile à l'arrêt. Dans le jargon automobile, le transfert de masse (souvent confondu avec le transfert de charge) se rapporte à la redistribution du poids soutenu par chaque pneu pendant l'accélération (longitudinale et latérale). Cela inclut le freinage et la décélération (qui peut être considérée comme une accélération négative). Le transfert de masse est un concept crucial en dynamique des véhicules.
Ionisation électronique
Spectromètrie de masse à source d'ionisation électronique, légendé en français : La spectrométrie de masse est une technique physique d'analyse permettant de détecter et d'identifier des molécules d’intérêt par mesure de leur masse, et de caractériser leur structure chimique. Son principe réside dans la séparation en phase gazeuse de molécules chargées (ions) en fonction de leur rapport masse/charge (m/z). Le spectromètre de masse, initialement conçu par le Britannique Joseph John Thomson, comporte une source d'ionisation suivie d'un ou plusieurs analyseurs qui séparent les ions produits selon leur rapport m/z, d'un détecteur qui compte les ions et amplifie le signal, et enfin d'un système informatique pour traiter le signal.
Dessins et plans, Transfert d'énergie, Billard, Jeux de tables, Physique mécanique, Transfert, Transfert de quantité de mouvement, Transfert d'impulsion (mécanique)
La visée au billard
Billard, bille de choc et bille de visée : Considérons la bille blanche comme bille de choc. Le schéma représente ce que l’on peut voir en plaçant l'œil (directeur) sur l’axe de visée, qui passe par le centre de gravité de la blanche selon un vecteur parallèle à la table. La quantité de bille exprime intrinséquement le rapport du transfert d’énergie lors du choc entre les deux billes. 1) Viser « pleine bille » revient à aligner l’axe sur les 2 centres de gravité. Le transfert de masse lors du choc est entier, la bille de visée héritant de toute la force ; 2) Viser « 3/4 de bille » revient à aligner le centre de la bille de choc avec un point situé à la moitié du rayon de la bille de visée. Elle hérite des 3/4 de la force, 1/4 restant à la blanche ; 3) Viser « 1/2 de bille » aligne l’axe de visée sur la tangente de la bille visée. Le transfert est équivalent ; Viser « 1/4 de bille » revient à aligner le centre de la bille de choc avec un point situé à l’extérieur de la bille de visée, à distance d’un demi rayon. Le rapport est cette fois 1/4 pour la visée, 3/4 pour la bille de choc ; 4) Viser « Finesse » aligne le centre de la bille de choc avec un point à l’extérieur de la bille de visée à distance d’un rayon (en pratique un peu moins afin de garantir le contact). Seule une petite quantité de force est transmise à la bille de visée. Conséquence évidente : Appliquons une force à la bille de choc, lui permettant théoriquement de parcourir un mètre. Pour autant qu'on ne mette aucun effet, en visant pleine bille, la bille de choc s’arrête, et la bille de visée parcourt un mètre. En visant demi bille, les deux billes devraient parcourir chacune 50 centimètres, etc.
Machine d'Atwood
Machine d'Atwood : La chute libre est difficile à étudier quantitativement, car les temps de parcours sont très courts. Atwood proposa « sa » machine pour diminuer l'accélération des masses. Sur une poulie, un fil relie deux masses m_1 et m_2 (m_1 < m_2). Si les masses sont égales et le système immobile il restera ainsi en équilibre. Si l'une des masses est plus grande (m_2 > m_1, par exemple), son poids entraîne le mouvement, mais on conçoit que la masse m_1 ralentit la chute de m_2 .
Mécanisme intérieur d'une montre mécanique
Mécanisme intérieur d'une montre mécanique par Otto Lueger (1843-1911), ingénieur allemand, auteur de "Lexikon der gesamten Technik", 1904. Le mouvement désigne l'ensemble des mécanismes qui servent à indiquer les unités de temps : heures, minutes, secondes, date, jour, phase de la lune et autres. L'ébauche : la platine, les pierres d'horlogerie ou rubis, les disques de quantième ou portant d'autres indications supplémentaires suivant la complication du mouvement, les ponts, les roues, les pignons, le remontoir, le système de remontage automatique avec la masse oscillante, aussi appelée rotor, le lubrifiant ; le ressort de barillet ; l’échappement ; l'organe régulateur : le balancier, le ressort spiral, le système antichoc ; le tourbillon. Source : http://fr.wikipedia.org/wiki/Montre_m%C3%A9canique.
Mouvement pendulaire simple
Schéma montrant le comportement d'un pendule simple : En physique, le pendule est un système oscillant qui, écarté de sa position d'équilibre, y retourne en décrivant des oscillations, sous l'effet d'une force, par exemple la pesanteur. Le mot pendule (nom masculin), dû à Huygens, vient du latin pendere. Le pendule de Foucault est l'un des plus connus. Une petite masse pouvant être assimilée à un point matériel est suspendue au bout d'un fil (ou d'une tige) inextensible et de masse négligeable. Écartée de sa position d'équilibre, puis lâchée, la masse oscille dans un plan, de part et d'autre de la verticale. Cette oscillation provient de l'action de la pesanteur : il s'agit du pendule pesant simple, expression habituellement raccourcie en « pendule simple ». Cet oscillateur, bien que le plus simple, n'est pas un oscillateur harmonique : en particulier, la période des oscillations dépend de l'amplitude du mouvement.
Pendule de D'Alembert
Illustration d'un pendule particulier imaginé par D'Alembert pour modéliser une corde vibrante : La corde vibrante est ici modélisée par un pendule dont la masse est concentrée en deux points régulièrement espacés. Le phénomène physique de la corde vibrante met en relation trois grandeurs physiques : 1) La tension de la corde notée F ; 2) La longueur de la corde notée l ; 3) La fréquence de résonance de la corde notée f.
Dessins et plans, Cartes du monde, Cartes physiques, Cartes marines, Biomasse -- Analyse, Mer -- Productivité, Productivité, Sols -- Productivité
Producteurs primaires terrestres et océaniques
Répartition des producteurs primaires terrestres (de vert à marron) et océaniques (de bleu à violet), de Septembre 1997 au mois d'Août 2000. Estimée en tant que biomasse autotrophe, c'est un indicateur approximatif de la production primaire potentielle. Issu du projet SeaWiFS, de la NASA/Goddard Space Flight Center et de ORBIMAGE. La productivité primaire traduit la vitesse à laquelle se forme par unité de temps, une quantité donnée de matière organique à partir de matière minérale et d'un apport d'énergie. C'est un flux exprimé en masse de carbone assimilé par unité de temps1. Cette production de matière organique s'effectue principalement grâce à la photosynthèse (la chimiosynthèse étant beaucoup moins répandue). Dans un écosystème, la productivité primaire est réalisée par les producteurs primaires également appelés autotrophes. Il s'agit du premier maillon d'une chaine alimentaire dans un réseau trophique. Les producteurs primaires sont principalement des plantes dans les écosystèmes terrestres et des algues dans les écosystèmes aquatiques. On appelle production primaire l'énergie qui est accumulée par la productivité primaire.
Relativité restreinte : collision entre deux particules
Conservation du quadrivecteur énergie-impulsion dans une collision entre deux particules. Une collision de deux particules est représenté dans la figure ci-contre. Une particule A de masse 8 (en unités arbitraires) animée d'une vitesse v/c de 15/17 dirigée vers la droite frappe une particule de masse 12 arrivant en sens inverse avec une vitesse v/c de 5/13 (les chiffres ont été choisis pour que les calculs "tombent juste"). Après la collision, A rebondit dans l'autre sens en ayant communiqué à B une partie de sa quantité de mouvement. L'énergie totale, somme des énergies des particules A et B est conservée, de même que la quantité de mouvement totale. Les grandeurs E et p indiquées représentent en réalité (E/c2) et (p/c) et sont exprimées en unités de masse, arbitraires. Avec ces grandeurs on a la relation E 2 = p 2 + m 2. Le facteur γ est toujours défini par γ = [1 - (v/c)2]-1/2.
Relativité restreinte, choc élastique
Collision élastique entre deux particules de même masse. Dans un accélérateur de particules il arrive qu'une particule de très haute énergie heurte une particule au repos et communique à cette dernière une partie de son énergie cinétique. Si les seuls échanges d'énergie concernent précisément cette énergie cinétique (conservation de la quantité de mouvement du système), on dit que le choc est élastique. Les formules traduisant la conservation du quadrivecteur du système formé par ces deux particules permet d'analyser la collision. En mécanique newtonienne la direction des deux particules après un choc forme un angle droit. Ce qui n'est pas le cas dans le cas des chocs entre particules relativistes où leurs directions forment un angle aigu. Ce phénomène est parfaitement visible sur les enregistrements de collisions effectués dans des chambres à bulles. Considérons un électron de masse m et d'énergie très élevée frappant un autre électron intialement au repos. Les vecteurs impulsions des deux particules sont tracés sur la figure ci-contre. Avant le choc l'impulsion de l'électron incident est vec{p}. Après le choc, les impulsions des deux électrons sont vec{p}_1 et vec{p}_2.
Dessins et plans, Physique, Fluctuations (physique), Hyperespace, Physiciens britanniques, Trous de ver (physique)
Trou de ver dans l'espace-temps
Schéma d’un trou de ver de masse négative : Hawking décrit les "trous de ver" (wormholes) des fluctuations quantiques dans l’espace-temps qui, à l’image des tunnels, permettent de prendre des raccourcis dans l’espace-temps. Cette théorie est reprise et vulgarisée par les médias, bien que rien ne prouve que ces trous de ver existent et que personne ne soit capable de dire si ces entités, qui ont une échelle subatomique, peuvent se maintenir à l’échelle macroscopique sans s’effondrer en raison de leur instabilité intrinsèque.