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LA PERCEPTION DE CE QUI NOUS ENTOURE
L’univers qui nous côtoie n’est qu’illusion. L’image qu’il nous renvoie en ce laps de temps n’est assurément pas celle de l’instant présent !
Par exemple :
L’étoile la plus proche du Soleil est Proxima Centauri. C’est une petite étoile de la constellation du Centaure, située à environ 4,24
années-lumière de nous. En d'autre terme l'image que nous percevons date de 4 ans, 2 mois et 26 jours. Peut-être quelle n'existe plus !
Notre soleil est à environ 150 millions de kilomètres. La vitesse de la lumière étant d’environ 300 000 km/sec.
La lumière du Soleil met donc environ 8 minutes et 20 secondes pour atteindre la Terre. (150 000 000 km ÷ 300 000 km/sec = 500 secondes)
En d'autre terme quand vous observez un beau couché de soleil et que celui se trouve à l'horizon, en réalité ce la fait déja plus 8 minutes qu'il est couché !
Dans l'absolu nous voyons toujours dans le passé, car la lumière met du temps à nous atteindre. Nous ne pouvons jamais observer
dans « l’instant présent » ou en « temps réel », seulement avec un léger décalage dans le temps de quelques micro-secondes à des millers d'années.
L'ESPACE TEMPS
Selon la théorie de la relativité d’Einstein, le temps n’est pas absolu. Il peut se ralentir ou s’accélérer en fonction de la vitesse d’un objet ou
de la force gravitationnelle qu’il subit. Lorsqu’un objet voyage à une vitesse proche de celle de la lumière, le temps pour lui passe plus lentement
par rapport à un observateur immobile. De même, près d’un objet très lourd, la gravité forte fait aussi ralentir le temps.
Par exemple les satélites :
1° La relativité restreinte consiste à affirmer que le temps s’écoule plus lentement lorsque qu’un objet se déplace à une grande vitesse.
La formule de calcul est : T'= T=1/(√(1-U²/c²)). Données : T=1 jour = 8,64 × 104 s; Vitesse du satellite : U=14 000 km/h ≈ 3889 m/s.
Calculs : T'=1/(√(1-3889²/(3,0×108)²) × 8,64 × 104 = 7,26 µs.
2° La relativité générale consiste à un écoulement plus rapide du temps lorsque l’objet se trouve à une grande distance d'un astre plus lourd.
Le décalage relatif entre une horloge à la surface d'une sphère de masse M et de rayon R et une horloge d'altitude h est donné par : ∆f/f = (GM)/c2 ×
(1/R-1/(R+h)). Données : G (la constante gravitationnelle) = 6,674 × 10−11 m3 · kg−1 · s−2 ; M (la masse de la terre) = 5,972 × 1024 kg ; c = 3,0 × 108 m/s ;
R (le rayon de la terre) = 6371 km = 6,371 × 106 m ; h (altitude au dessus de la surface de la terre) = 20200 km = 20,200 × 106 m. Calcul : ∆f/f = (GM)/c2 × (1/R-1/(R+h)) = 6,674 × 10−11 × 5,972 × 1024 /
(3,0 × 108)2 × (1/(6,371 × 106)-1/(6,371 × 106+20,200 × 106)) = 5,28 × 10−10 secondes par second. Pour 1 journée, soit 24 × 3600s, ce décalage est de 45,61 µs.
Ainsi, notre satélite aura d'un coté un ralentissement du temps du a sa vitesse de 7,26 µs et un écoulement plus rapide du temps du à son altitude de 45,61 µs soit un décalage de 38,35 µs.
Les satellites mettent environ 12 heures pour compléter une orbite autour de la Terre. À chaque passage au-dessus des stations terrestres américaines, leurs horloges sont resynchronisées.
Sans prendre en compte les effets de la relativité, l’accumulation de l’erreur de positionnement pourrait atteindre plus de 5 kilomètres.
En résumé, vitesse et gravité peuvent faire « ralentir » ou « accélérer » le temps selon la situation.
LA ROTATION DE LA TERRE
Quel est la vitesse de rotation de la terre là où nous trouvons ?
1° Déterminer la circonférence de la terre à la latitude ou nous trouvons.
La circonférence d'un parallèle (cercle de latitude) à la latitude φ est égale à la circonférence équatoriale multipliée par cos φ.
La formule de calcul est C(φ) = 2πR cos φ. Soual (Tarn) se trouve à la latitude : 43,55°. Le rayon moyen terrestre : Le rayon équatorial est de 6 378,137 km;
Le rayon polaire est de 6 356,752 3 km; Soit R = 6 367,4445 km. La circonférence équatoriale 2πR = 2π * 6 367,4445 = 40 007,833 km. La circonférence du
parallèle Φ 43,55°. Le cos φ est ≈ 0,724. Donc 40 007,833 * cos φ = 40 007,833 * 0,724 = 28 965,6716 km.
2° Calcul de la vitesse de rotation.
1 rotation de la terre se fait en 24 heures. La formule de calcul est simple, c'est la Circonférence au parallèle Φ / 24h.
Soit 28 965,6716 / 24 = 1 206,902 km/h. Et pourtant à cette vitesse, on tiens debout, même pas peur !
Mais pourquoi ?
D'une part, la gravitation nous colle au sol. La gravitation est une force fondamentale de la nature qui attire tous les corps massifs les uns vers les autres.
D'autre part, considèrant la Terre comme un corps homogène et sphérique jusqu'à des altitudes d'environ 600 km, sans déformation due à sa rotation,
tout tourne autour de nous de la même manière.
3° Et la force centriguge !
À l’équateur, la force centrifuge due à la rotation de la Terre agit pour réduire légèrement notre poids, mais au pôle,
cette force est quasiment nulle. Cela s’explique parce que la force centrifuge dépend de la distance par rapport à l’axe de rotation : au pôle, cette distance
est zéro, donc la force centrifuge est inexistante.
Mais pour être plus précis, il nous faut faire la différence entre le poids et la masse d’un objet ou d’une personne.
La masse est la quantité de matière qu’un objet contient ; c’est une propriété intrinsèque de l’objet et elle reste la même partout dans l’univers.
Le poids, en revanche, est la force exercée sur cette masse par la gravité. Le poids s’exprime en Newton et peut être converti en Kg par
la formule N / g (g est l’accélération due à la gravité, 9,806 65 m/s²).
Une personne d’une masse de 71 Kg (moi par exemple) pèse 700,5215 N. La force centrifuge à l’équateur est égale Ω² (omega) qui est la vitesse angulaire
de rotation de la Terre, environ (7,27 -5) rad/s par r qui est la distance du point à l’axe de rotation, environ 6371 km. Ceci correspond à une accélération
de la force centrifuge d’environ 0,0337 m/s². Pour une personne de 71 kg, il suffit de multiplier cette valeur par la Masse pour obtenir la force centrifuge
qui agit sur cette personne, soit environ 2,3927 N. Cela réduit légèrement le poids apparent, qui serait 700,5215 N - 2,3927 N = 698,1288 N. Je me sentirais
donc un peu plus léger à l’équateur.
Pour être complet à l’Himalaya, qui se trouve à environ 8 000 mètres d’altitude, la force gravitationnelle est encore légèrement plus faible qu’au niveau de la mer.
Pour connaitre cette valeur la formule est : la gravité au niveau de la mer (environ 9,8 N/kg) x R (le rayon de la Terre) / ( R + h (l’altitude) )². La gravité à
8 000 m d’altitude est d’environ 9,78 N/kg. Ainsi pour une personne de 71 kg, à une altitude de 8 000 m, serait 71 kg (Masse) x 9,78 N/kg (Gravité à 8 000 m) ≈ 694,38 N.
Je me sentirais, encore une fois, un peu plus léger à 8 000 m d'altitude.
En résumé, la principale influence de la rotation de la Terre ou de la gravitation en altitude est la diminution de notre poids apparent.
LE POINT TRIPLE DE L'EAU
Quels sont les changements d’état de l’eau ?
Il y a la Fusion c’est-à-dire le passage de solide (glace) à liquide (eau) : autour de 0 °C (273,15 K) à la pression standard (1 atmosphère).
L’inverse, la Solidification ou Congélation c’est-à-dire le passage de liquide à solide (eau à glace).
Puis l'Ébullition ou la Vaporisation qui correspond au passage de liquide (eau) à gaz (vapeur) : à 100 °C (373,15 K) au niveau de la mer, à la pression standard.
Le contraire, la Condensation, le passage de vapeur à liquide (vapeur à eau liquide).
Mais il y a un autre changement d’état de l’eau, il s’agit de la Sublimation, le passage direct du solide à la vapeur, sans passer par l’état
liquide (glace à vapeur) à des températures très basses et pressions faibles, généralement en dessous de -78,5 °C (le point de sublimation à pression
très faible). Et enfin la Déposition, le passage direct de la vapeur au solide (vapeur à glace).
Toutefois il existe une situation où l’eau gelée, liquide et vapeur coexistent en équilibre. Il s’agit du point triple de l’eau. Pour obtenir
le point triple de l’eau, il faut appliquer une pression très précise de 611,657 Pa, ce qui correspond à une atmosphère très faible — environ 0,6 %
de la pression atmosphérique normale — et maintenir la température à 0,01 °C. Ce réglage exige des équipements spécialisés en laboratoire.
Le point triple représente une situation unique et surprenante où l’eau peut coexister simultanément sous ses trois états — solide, liquide et vapeur.
LA DUALITE ONDE-PARTICULE
La dualité onde-particule est un concept fondamental de la physique quantique qui indique que les particules, comme l’électron ou la lumière (les photons),
présentent à la fois des propriétés d’onde et de particule.
Lorsqu’on observe une particule dans une expérience de localisation, elle se comporte comme une particule avec une position précise.
Lorsqu’on étudie ses propriétés de propagation, elle manifeste un comportement ondulatoire, décrivant une onde de probabilité.
Par exemple :
Lorsqu’un faisceau d’électrons passe à travers une fine lame ou un réseau de fentes, il ne se comporte pas simplement comme des particules individuelles.
Au lieu de cela, il crée un motif d’interférences (alternance de bandes lumineuses et sombres), semblable à celui d’une onde lumineuse. Lorsqu’on tente
de mesurer précisément la position d’une particule (par exemple, en utilisant un détecteur pour localiser un électron), l’acte de mesure « réduit » la
fonction d’onde, empêchant l’apparition d’un motif d’interférence ou de diffraction. Avant la mesure, cette fonction est « dispersée » et permet à la
particule d’avoir un comportement ondulatoire, comme l’interférence. Lorsqu’on effectue une mesure, par exemple en détectant la position de la particule,
la fonction d’onde « s’effondre » et se concentre sur une valeur précise. La distribution probabiliste se réduit à une seule localisation.
L’effondrement n’est pas causé par un contact direct ou une force physique précise, mais résulte de l’interaction de la particule avec l’environnement ou l’appareil
de mesure, qui « décompose » la superposition d’états. La nature exacte de ce processus reste une grande question ouverte en physique. Ce qui est incompréhensible
c’est que la présence du détecteur seul ne suffit pas à provoquer l’effondrement. C’est l’acte de mesurer — c’est-à-dire d’obtenir une information concrète et
enregistrée — qui cause la réduction de la fonction d’onde.
Ce qui est également extraordinaire est que cette fonction d’onde de la particule peut s’étendre au-delà d’une barrière. Cela signifie qu’il y a une certaine
probabilité que la particule « traverse » la barrière même si son énergie est inférieure à celle de la barrière. Cela s’appelle l’effet tunnel.
La miniaturisation des transistors est un domaine en constante évolution. Actuellement, la limite pratique pour la taille d’un transistor à effet de
champ (MOSFET) est d’environ 1 nanomètre (nm). À ces échelles, les effets quantiques, comme la fuite de courant ou l’effet tunnel, deviennent significatifs
ce qui empêche leur fonctionnement fiable. C'est pourquoi des alternatives comme les transistors à base de matériaux 2D (graphène, molybdène) ou des concepts
radicalement différents pourraient repousser cette limite.
Le paradoxe est que la dualité onde-particule va à l’encontre de notre logique classique et défie notre intelligence sur la nature de la matière.
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