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CouvPocheIndispensables
J'ai créé ce blog lors de la sortie de mon livre "Les Indispensables mathématiques et physiques pour tous", Odile Jacob, avril 2006 ; livre republié en poche en octobre 2011 (achat en ligne) (sommaire du livre).
Je développe dans ce blog des notions de mathématiques et de physique à destination du plus large public possible, en essayant de susciter questions et discussion: n'hésitez pas à laisser vos commentaires!

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Indispensables astronomiques

Nouveauté octobre 2013, mon livre "Les Indispensables astronomiques et astrophysiques pour tous" est sorti en poche, 9,5€ (éditions Odile Jacob, éidtion originale 2009). Comme mon premier livre (Les Indispensables mathématiques et physiques), c'est un livre de notions de base illustrées avec des exemples concrets, s'appuyant sur les mathématiques (géométrie notamment) pour l'astronomie, et sur la physique pour l'astrophysique. Je recommande vivement sa lecture.

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16 septembre 2009 3 16 /09 /septembre /2009 10:14

Le récent texte BibNum porte sur "la puissance motrice du feu" de Sadi Carnot (1824). Titre quasi-poétique mais qui résume bien la problématique de l'époque pré-électrique ou pré-dynamo : on chauffe avec du feu des chaudières qui font marcher des machines, quelle puissance recueille-t-on ? A partir de cette simple question Sadi Carnot (1796-1832), le fils de Lazare Carnot, va concevoir une théorie entièrement nouvelle – la thermodynamique.

Plusieurs éléments humains ou scientifiques m'ont marqué dans ce texte émouvant:

1)    la pratique précède la théorie : les machines de Watt fonctionnent avant que naisse leur théorie. D'un point de vue théorique, Carnot élabore une vraie conception intellectuelle ex-nihilo, à l'égal voire plus radicalement nouvelle que celle de Newton ou celle d'Einstein. Il a "soulevé un coin du voile", comme dirait ce dernier.


2)    La différence fondamentale qu'ébauche ce texte entre le travail mécanique (F×l) ou hydraulique (mgh) et le travail de la chaleur – plus complexe, avec la notion d'entropie que Carnot esquisse et que Clausius formulera vers 1850.

3)    Le rappel des expériences assez récentes à l'époque, température qui diminue avec la pression (ex. en montagne la pression atmosphérique est plus faible donc la température aussi) ou qui augmente avec la pression (exemple actuel de la pompe à vélo qui chauffe) – l'auteur utilisera ces résultats pour imaginer les quatre étapes de son "cycle de Carnot".

4)    Le rendement maximal calculé par Carnot, entre le travail collecté (par la machine) et le travail introduit dans le système (par le chauffage); "la puissance motrice du feu" connaît ainsi une valeur limite r = 1 – T2/ T1, ou T1 est la source chaude et T2 la source froide. Ainsi, pour une machine de l'époque, T2 = 20°C = 293K source froide (ruisseau) T1= 100°C = 373K (eau bouillante), le rendement est limité à 21%.

5)    Malgré le 1) ci-dessus (la force et la nouveauté de la théorie), mais peut-être à cause de cela – l'incompréhension qu'a recueillie l'article de Carnot à sa parution. La page Wikipedia (article de qualité) relève qu'aucun des cours de machines professés à l'époque (Poncelet, Coriolis, Morin, …) ne relève et ne diffuse les résultats de Carnot. Ce n'est qu'en 1834, deux ans après la mort de Carnot, que Clapeyron exhume et commente ses résultats, puis Clausius en Allemagne. Si l'expression galvaudée "il est mort tombé dans l'oubli" signifie quelque chose, on peut la lui appliquer… d'autant qu'en tant que physicien il est souvent confondu avec son père Lazare Carnot, et il n'a même pas pu se faire un prénom, car celui-ci lui est ravi par son neveu, le président de la République Sadi Carnot assassiné en 1894 !

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7 septembre 2009 1 07 /09 /septembre /2009 21:35

Dans le texte BibNum de Foucault (1819-1868) que nous venons de publier (en fait sa thèse de 1853), j’ai été notamment intéressé par le miroir tournant. Il est conçu pour Foucault par le physicien-horloger Louis Breguet, et est capable de tourner jusqu’à 800 tours/s. Ce Louis Breguet (1804-1883) est le grand-père de l’avionneur Louis Breguet (1880-1955) – voir descendance LB sur Wikipedia.

 

Ce miroir de précision qui tourne à grande vitesse permet, grâce au dispositif imaginé par Foucault, de " démultiplier " la distance l = 4m existant entre un autre miroir et celui-ci. Le temps mis par la lumière pour franchir cette distance n’est pas mesurable ; en revanche le décalage de la mire obtenu par ce dispositif vaut d = 8πlnr/c, où n est le nombre de tours (500 trs/s), r = 3 m est la distance entre la mire et un objectif, est tout à fait mesurable : d= 0,5 mm. C’est en ce sens que le dispositif, qui est tel que d est proportionnel à n × l , démultiplie la distance l et permet la mesure de la vitesse de la lumière dans un appareil de 4 m de diamètre… Ingénieux, non ? Ce Foucault, en plus de son pendule et de son gyroscope, un sacré inventeur !  

Sur l'image, le miroir tournant est tout petit, juste au centre.
(image Observatoire de Paris, site
http://www.foucault.science.gouv.fr/)

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2 septembre 2009 3 02 /09 /septembre /2009 18:29

Le texte BibNum récemment paru est consacré au coronographe de Lyot. D’abord Lyot (1897-1952), un sacré bonhomme, c’est important de le faire mieux connaître : un type sympathique, hors du milieu scientifique traditionnel – en fait un ingénieur, à l’origine ; il se prend de passion pour le site du Pic du Midi de Bigorre et son observatoire – on l’imagine plus souvent là-haut dans les neiges qu’à faire des salamalecs aux collègues à Toulouse ou à Paris.


Ensuite le coronographe – un  nom compliqué mais un concept assez simple, et surtout rendu effectif par Lyot. Mettre un disque noir dans un télescope pour ne voir que la couronne et non l’astre était une idée que bien d’autres avaient eue, mais Lyot réussit à annihiler les effets perturbateurs, la diffraction dans le télescope et les différents types de diffusion ; rappelons ces derniers ici, ce sont parmi les points que je retiens de ce texte :

1) La diffusion de la lumière solaire par les molécules d’azote et d’oxygène de l’atmosphère terrestre – c’est elle qui explique la couleur bleue du ciel (précédent billet)

­2) La diffusion de la lumière solaire par des corps de plus grosse taille comme les molécules d’eau des nuages – à l’inverse de la précédente elle est indépendante de la longueur d’onde – c’est elle qui explique la couleur blanche des nuages

­3) La diffusion instrumentale, par les lentilles du télescope lui-même ! (Lyot dans son texte donne une belle image des tâches de lumière parasite sur une lentille, allez voir). Et là j’admire le montage inventé par Lyot – n’ayez pas peur du schéma c’est assez simple.


Regardez surtout les angles. Au lieu d’un simple carton noir vertical en B, Lyot met un miroir argenté légèrement incliné en J, évacuant la lumière parasite à travers une ouverture K (avec un angle choisi, aussi), sans oublier l’ouverture K’ à droite pour évacuer la lumière réfléchie en K. De la belle ouvrage, non ?

Au fait, n'oubliez pas le précédent billet Flammes du Soleil, et le remarquable documentaire de 1953 sur Lyot et ses flammes.

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20 août 2009 4 20 /08 /août /2009 18:36
Je crée une nouvelle catégorie, BibNum, qui suivra plus ou moins régulièrement les parutions sur le site BibNum dont je m'occupe : à chaque fois j'essaierai de donner certains éléments qui ont retenu mon attention dans un texte historique, ou dans son commentaire.

Nous avons récemment publié un texte de 1710 de Leibniz sur sa machine à calculer, dans le prolongement du texte de Pascal (1645) sur sa machine à calculer la "pascaline".  A noter que Leibniz avait déjà présenté son modèle dans son jeune âge, en 1673 à vingt-sept ans (Pascal à vingt-deux ans la présentait au chancelier Séguier).

La machine de Leibniz présentait une innovation, à savoir une partie mobile distincte d'une partie fixe : la partie mobile était décalée cran par cran quand on effectuait une multiplication, exactement comme lorsqu'on pose une multiplication sur papier (mais le fait-on encore ??). Ce qui donne (photo Yves Serra, machine TIM décalée d'un cran pour poser le deuxième chiffre de l'opérande) :
Dans son texte, Leibniz estimait qu'avec sa machine "les calculs pouvaient être menés à bien par un petit enfant"...

Autre chose qui a, entre autres, retenu mon attention dans ce dossier : signalée par Yves Serra, une belle vidéo expliquant comment on posait les multiplications à l'époque, alla gelosia (par fenêtres, du nom italien gelosia, jalousie au sens de fenêtre) : voir cette vidéo de Thierry Baruch (Real Player, fichier .mov).

A vous de voir sur ce dossier BibNum consacré à la machine de Leibniz ce qui vous intéressera.

Voir aussi le
dossier que nous avions consacré à la chaînette de Leibniz (1691).
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4 août 2009 2 04 /08 /août /2009 09:45
Je suis en train de travailler sur un article de l'astronome Bernard Lyot pour le site BibNum, et j'ai trouvé un lien remarquable vers une vidéo de 1953 en hommage à Bernard Lyot, intitulée "Flammes du Soleil", montrant l'observation des protubérances solaires grâce au "coronographe" de Lyot.
Ce documentaire scientifique se trouve sur le site du CERIMES : c'est justement l'organisme qui produit Science.gouv et BibNum (j'assure la direction de publication de ces deux sites), et qui dans les années 1950 (c'est l'ancien SFRS service du film de la recherche scientifique) produisait de tels films - belle continuité dans la diffusion de la culture scientifique sur plus de cinquante ans.
Vous apprécierez je pense les "r" catalans du commentateur l'astronome Paul Couderc (la prrrotubérance trrroublée dégage des prrrojectiles...)
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19 juillet 2009 7 19 /07 /juillet /2009 09:44
Prenez un phare dont le signal lumineux fait un tour par seconde. Construisez à 50 000 km du phare une muraille circulaire centrée sur le phare (cf. figure). La projection du signal du phare sur la muraille accomplira en une seconde une circonférence, soit 2πR = 314 000 km : elle va plus vite que la lumière (merci à J.M. Lévy-Leblond de cette image dans son petit Impasciences , Seuil 2003).

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20 juin 2009 6 20 /06 /juin /2009 15:11
Je signale peu de manifestations scientifiques dans ce blog (qui n'est pas fait pour cela), mais mérite d'être signalée une conférence de Pierre Cartier mardi 30 juin à 16h30 à l'IHÉS (Institut des Hautes études scientifiques) de Bures/Yvette (Essonne) à propos du mathématicien André Weil (1906-1998), en présence de la fille de ce dernier qui parlera aussi de sa tante Simone Weil (1909-1943). La conférence à deux voix sera suivie d'un concert de l'ensemble vocal Tutte Voci. Une occasion à saisir pour ceux qui habitent ou travaillent dans le sud de Paris et peuvent se libérer ce jour (ci- dessous André Weil en 1956).
(annonce PDF de la conférence, merci à C. Alunni de l'ENS de nous l'avoir signalée)
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17 juin 2009 3 17 /06 /juin /2009 13:17

L’écriture d’un texte pour BibNum m’a amené à travailler avec Coriolis (1792-1843) sur « le bruit du tonnerre ».

On connaît le décalage entre la vitesse de propagation du son et celle de la lumière, un million de fois plus grande. Ainsi, on entend le début du tonnerre quelques secondes après avoir vu l’éclair : c’est d’ailleurs un moyen empirique de connaître la distance à laquelle se situe un orage, de savoir s’il s’éloigne ou se rapproche, en comptant le nombre de secondes entre l’éclair et le tonnerre : ainsi, pour 9 secondes ainsi comptées, l’orage est à environ 3 kilomètres (9s ×340 m/s = environ 3 kms).

Mais plutôt qu’à ce décalage, intéressons-nous à la cause du bruit du tonnerre et à sa durée. Le bruit du tonnerre est causé par le déplacement de l’air par la foudre sur son chemin : l’air étant ainsi déplacé à une vitesse supérieure à celle du son, il y a création d’une onde de choc sonore et détonation. C’est le « franchissement du mur du son », analogue au bang de l’avion supersonique ou au claquement du fouet.

 

Image Observatoire du Pic du Midi de Bigorre

(spécialisé notamment dans l'étude de la foudre)


La durée du bruit du tonnerre (à partir du moment où on l’entend, après qu’on a compté les secondes comme ci-dessus) peut être brève –déchirement – ou longue – grondement. En fait, la foudre crée des chocs tout au long du chemin qu’elle parcourt, et l’onde sonore née plus loin de nous sur ce parcours nous arrive après celle née plus près de nous. Quand l’éclair tombe verticalement (ou plus précisément de manière perpendiculaire à la ligne reliant l’observateur au trajet de l’éclair), le bruit est fort et quasi-instantané. Quand il se propage de manière oblique dans le ciel, la détonation durera plus longtemps.

 

Laissons parler Coriolis :


Nous devons donc nous représenter l’éclair comme une série de points  formant une ligne irrégulière et même anguleuse dont tous les points produisent au même instant des détonations de différentes intensités. Si tous ces points étaient à des distances de l’oreille qui ne différassent pas beaucoup relativement à la vitesse du son, l’éclair ne produirait, pour l’observateur, qu’une seule détonation ; mais comme les différences des distances de tous les points de ce trajet à l’observateur sont au contraire très grandes par rapport à la vitesse du son, elles se changent en différences de temps (...)

 

Accès article Coriolis sur BibNum (onglet "Analyse" ou "A télécharger")

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6 juin 2009 6 06 /06 /juin /2009 12:44
Il en est des énigmes mathématiques comme des blagues. On ne se rappelle jamais les blagues qu'on nous a racontées - on ne se souvient que rarement des solutions des énigmes mathématiques qu'on a déjà résolues ou dont on a lu la solution (on s'en souvient encore moins dans ce deuxième cas). Le problème des deux mèches est bien connu, mais il m'a fait réfléchir, et je vous propose de faire de même.
Vous disposez de mèches, d'une paire de ciseaux et d'un briquet. Ces mèches se consument en une heure, avec la particularité que la consomption est irrégulière : par exemple, une moitié de mèche se consume en plus ou moins de 30 minutes (l'autre moitié à l'inverse). Les énigmes sont :
  1. 1) Vous disposez d'une mèche, comment mesurer 30 minutes ?
  2. 2) Vous diposez de deux mèches, comment mesurer 45 minutes ?
Vendez la mèche en commentaires si vous souhaitez ; vous trouverez la solution sans difficulté sur le Web - je vous recommande plutôt d'y réfléchir. Ce qui m'intéresse dans ce problème c'est qu'il a touche aussi à la physique - on y définit une unité de temps de 30 minutes - on ne peut pas descendre en dessous de 30 minutes (on ne peut mesurer 15 minutes d'emblée).
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5 juin 2009 5 05 /06 /juin /2009 15:41
Le genre de titre de billets de blog qu'on est sûr de jamais mettre tel quel dans une recherche Google. Je défie le "référencement"!

 

Le blog Xenius – blog de Dörthe Eickelberg et de Pierre Girard, animateurs de l’émission de sciences à la TV – oui, oui, çà existe, et c’est sur Arte, tous les jours de semaine de 16h55  à 17h20  – est nouveau venu dans le Café des Sciences dont le présent blog est membre. Grâce à ce blog, j’ai découvert une vidéo assez déjantée de rap dans les tunnels du LHC à Genève. Expliquer les collisions de protons sur un air de rap sous les tunnels avec les casques, voici ce que cela donne (voir aussi la traduction française du texte sur le blog de Tom Roud) :

 

 


Voyant ces casques je n’ai pas pu m’empêcher de penser à un précédent billet de ce blog sur le congrès Solvay de 1927, avec tous ces scientifiques en chapeau :



Les chapeaux, le rythme un peu saccadé dû au tournage d’époque, le ballet des prix Nobel sortant du congrès, tout ceci m’a fait penser à la vidéo de rap du CERN. Et je me suis dit, ç’aurait été marrant que tous ces messieurs (plus Mme Curie) casqués chapeautés nous interprétent un rap pour nous expliquer le principe de complémentarité onde-particule, dont ils venaient de débattre, avec les arguments de Bohr, Heisenberg, Born, Ehrenfest, et les contre-arguments (toujours sur un air de rap) de Schrödinger, Einstein, de Broglie….

 

 

Dommage qu’on ne puisse plus leur faire tourner un clip, à ces Solvay 1927 ! Sûr que çà favoriserait la vulgarisation de la physique quantique ! Regardez-bien d’ailleurs, à un moment, il y en a un qui s'y met : il joue avec le chapeau d’un collègue (puisqu’il a le sien sur la tête) – je n’ai pas bien compris qui c’était, si vous y arrivez, mettez la réponse en commentaires.

 

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Alterscience (janvier 2013)

Mon livre Alterscience. Postures, dogmes, idéologies (janvier 2013) détails.


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Récréations mathéphysiques

RécréationsMathéphysiques

Mon dernier ouvrage est sorti le 14 octobre 2010 : Récréations mathéphysiques (éditions Le Pommier) (détails sur ce blog)

Einstein, un siècle contre lui

J'ai aussi un thème de recherche, l'alterscience, faisant l'objet d'un cours que j'ai professé à l'EHESS en 2008-2009 et 2009-2010. Il était en partie fondé sur mon second livre, "Einstein, un siècle contre lui", Odile Jacob, octobre 2007, livre d'histoire des sciences (voir billet sur ce blog, et notamment ses savoureux commentaires).

Einstein, un siècle contre lui