De l’haltère à la lune

samedi 28 avril 2012
par  Jacques

N°49-DE L’HALTÈRE À LA LUNE - La gravitation, force qui structure l’Univers
René & Nicole Bimbot - EDP sciences – collection bulles de sciences - 2004- 236 p - tout lecteur.

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RÉSUMÉ : Premier de 3 ouvrages, destiné à présenter les concepts de mécanique de manière plaisante et rigoureuse, à partir d’exemples choisis dans la vie quotidienne, avec pour thème la gravitation comprise comme force ou comme courbe d’espace-temps.

MOTS CLÉ : système ; équilibre ; principes ; trajectoires ; relativité.

LES AUTEURS : René Bimbot : Directeur de recherche au CNRS (institut de physique nucléaire). Nicole Bimbot : psychologue clinicienne et… dessinatrice.

Objectif déclaré de l’ouvrage : présenter une vision d’ensemble autour de la notion de trajectoires afin que chacun y trouve source à compléter son savoir et ce en compagnie de 3 compères : Hercule le sportif, Albert le physicien et Evariste le mathématicien, qui chacun à leur façon posent les questions du quotidien.

Tout commence par un test de 10 questions permettant à chacun de se calibrer. (Attention quand même à la question 10 ; Galilée est mort en 1642…)

On fait connaissance d’abord avec les concepts de force, de vecteurs et d’équilibre de systèmes. Les illustrations de Nicole Bimbot aident à la compréhension de notions qui ont abandonné nos programmes scolaires comme les couples, les leviers, les palans.

On aborde ensuite le problème du calcul des trajectoires de systèmes dans le champs de pesanteur terrestre à partir du principe de l’inertie et de la seconde loi de Newton. De petites fiches proposent un lien avec les cours et calculs traditionnels. L’équation horaire de la chute libre est exploitée pour déduire l’ordre de grandeur de la profondeur d’un puits et même si les pulsations cardiaques tiennent lieu de chronomètre, il aurait été utile de signaler le rôle joué par la vitesse du son lors de la remontée de l’information attendue. Hercule soulève le problème du lancement du poids olympique de 7,27 kg dont le record de 23,12m exige une vitesse de 14,5m/s inclinée de 45° sur l’horizontale. Cela conduit Parry O’Brien en 1952 à une nouvelle technique du lanceur consistant à pivoter sur lui-même afin de composer la vitesse de rotation à celle de translation du bras qui exerce la poussée. Avec la gravitation universelle, les lois empiriques de Kepler et la loi de Newton on évoque la chute de la Lune et des satellites artificiels. Il s’agit là de la partie la plus intéressante de l’ouvrage avec l’évocation de vitesses cosmiques de mise en orbite ou de libération, les énergies cinétique et potentielle, correspondantes à la station orbitale, aux satellites géostationnaires et à la Lune. On regrettera pour la Lune une fiche justifiant sa chute libre sur Terre de 1,4mm toutes les secondes correspondant à un champ 60² plus faible que sur Terre (comme le ferait une pomme lâchée sans vitesse initiale dans un tel champ). L’analyse des trajectoires destinées à satelliser autour de la Lune, ou des autres planètes, dans le cadre du problème à plus de 3 corps chair à Poincaré, offre l’occasion de mettre en valeur un travail pluridisciplinaire avec nos jeunes, dans lequel le physicien simplifie la résolution en découpant physiquement l’espace en zones d’influence, et du programmeur informaticien qui assura la simulation de diverses trajectoires à partir de paramètres initiaux arbitrairement choisis. (Un exemple d’organigramme et de programme Fortran est détaillé dans le chapitre sur un voyage Terre-Lune).

La dernière partie de l’ouvrage traite des forces d’inertie et de quelques surprises qui en résultent quand on considère des rotations (frondes, et gyroscopes), des trajectoires surréalistes dans l’espace-temps de la relativité restreinte et de la plasticité de ce même espace-temps ou des géodésiques décrites par des systèmes libres de toute action extérieure (la figure 54 laisse croire le contraire en faisant resurgir la notion de force ?) dans le cadre de la théorie de la gravitation einsteinienne qui unifie masse inerte et masse pesante.

L’intérêt majeur de l’ouvrage et qu’il propose une méthode différente de pédagogie (d’accompagnement) dans la découverte et l’application des méthodes de la science à partir de fées touchant à l’actualité, constatées ou transmises par les médias. L’ouverture de nouvelles options en classe de seconde et destinée à regrouper des élèves autour des sciences peuvent s’en inspirer efficacement. La lecture de l’ouvrage incitera certains collègues à donner un état d’esprit plus vivant face à des élèves dont les motivations sont trop souvent hélas en chute libre dans des chants de pesanteur de nos salles de classes heureusement euclidiennes encore.

Jacques Cazenove



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