bandeau 3

FLASH INFOS

 

À propos de faits observés couramment

 par Pierre Laharrague 

 

« Bon sang, mais c’est bien sûr… »

Commissaire Bourrel  (Raymond Souplex) 

 

Dans la vie de tous les jours, nous côtoyons une multitude de faits auxquels nous n’attachons guère d’attention tant ils sont marqués à nos yeux par la banalité. Pourtant ils ont tous une explication qui repose souvent sur des notions scientifiques de base que nous avons apprises à l’école de notre enfance mais dont nous n’avons gardé qu’un très vague souvenir.  Aussi sommes nous bien embarrassés si d’aventure on nous demande un commentaire, ce qui ne manque pas de se produire quand, par exemple, on se trouve confronté à la curiosité naturelle des petits enfants avec ce genre de question  « Dis, papy, pourquoi  les nuages ne tombent pas ? ». Bien sûr, on peut déclarer son ignorance (ce qui  porte un sérieux coup à notre honneur de grand père qui sait tout) ou, comme le fait un célèbre humoriste affirmer « c’est étudié pour » (mais on n’est pas très fier non plus).

Yakov Isidorovitch Perelman, né en 1882 et mort en 1942 dans la ville assiégée de Leningrad, fut un pionnier de la vulgarisation scientifique. Grâce à son immense culture ainsi qu’au regard d’enfant qu’il portait sur les phénomènes de tous les jours, il avait le don rare de raconter de façon captivante les bases souvent austères de la science et de susciter la curiosité chez ses auditeurs et ses lecteurs. Son expérience l’avait convaincu que la véritable connaissance de la physique élémentaire est rare, la majorité des gens ne s’intéressant qu’aux dernières découvertes amplement relatées dans les revues scientifiques. Aussi publia-t-il un grand nombre de livres et d’articles de vulgarisation régulièrement réédités et traduit dans de nombreuses langues. C’est ainsi qu’a été traduit en 2000 sous le titre « Oh, la physique » (Dunod) un de ses ouvrages publié en langue  russe en 1992, rapportant 250 « casse-tête » exposés sous la forme de jeux questions-réponses, au service de l’étonnement de l’esprit. De cet ouvrage, on a extrait quelques échantillons présentés ci-après.

1. Les nuages

Question : Pourquoi les nuages ne tombent-ils pas ?

Réponse : Les nuages, comme le brouillard, sont composés de gouttes d’eau (et non de vapeur d’eau). Ces gouttes sont plus denses que l’air, mais comparativement à leur masse, elles ont une grande surface. Elles tombent donc mais elles subissent de la part de l’air une forte résistance, comme si elles avaient un parachute : à cause  de ce freinage elles tombent très lentement. Il suffit alors d’un faible courant d’air montant pour stopper leur chute et même les faire remonter.

2. La tasse de thé

Question : Après avoir remué son thé avec une petite cuillère, on constate que les petits morceaux de feuilles de thé au fond de la tasse commencent par aller au bord avant de se rassembler au centre. Pourquoi ?

Tourbillons dans la tasse

Réponse  : Les morceaux de thé se rassemblent au centre de la tasse car la rotation des niveaux inférieurs de l’eau est freinée par la friction sur le fond de la tasse. L’action de la force centrifuge éloignant les particules du liquide de l’axe de rotation se trouve donc plus forte dans les couches supérieures que dans les couches inférieures. Il ya une plus grande quantité d’eau qui va près des bords en haut qu’en bas ; donc, inversement, il y aura plus d’eau allant près de l’axe en bas qu’en haut.

Il apparaît un mouvement de tourbillon dans la tasse, dirigé, en surface, du centre vers les bords, et  au fond, des bords vers le centre, ce qui entraine les morceaux de thé des bords de la tasse vers son centre et qui les remonte légèrement du fond.

3. Les vagues 

Question  : Pourquoi les crêtes des vagues de l’océan roulent- elles à l’approche des côtes ?

Réponse  : Le roulement des vagues à l’approche des côtes est dû au fait que leur vitesse dans un lieu peu profond dépend de la racine carrée de la  profondeur. La crête d’une vague se trouvant alors sensiblement plus haute que le creux par rapport au fond de l’eau, elle se déplace plus vite que le creux. La crête s’incline finalement vers l‘avant jusqu’à s’effondrer en roulant.

image2

De la même façon, on explique que par temps de tempête, les vagues qui  s’écrasent contre la côte, lui sont toujours parallèles. En effet, si les vagues arrivent vers la côte sous un certain angle par rapport à celle-ci, celles se trouvant plus près de la côte, les premières donc en eau peu profonde, ralentissent jusqu’à être rattrapées par les dernières. La rangée de vagues tourne alors, se retrouvant parallèle à la côte.

4. La crue et la décrue

Question : Pourquoi, lors d’une crue, la surface de l’eau d’une rivière est-elle concave, alors que lors de la décrue, elle est convexe ?

image3

En haut : la crue - En bas : la décrue

Réponse : La concavité de la surface de la rivière lors d’une crue, provient du fait que l’eau a une plus grande vitesse en son milieu que sur ses parties latérales. En effet, l’eau est  ralentie à proximité des  rives et l’arrivée massive d’eau lors de la crue, nécessitant un écoulement plus rapide, fait gonfler le centre de la rivière. Au contraire, lors de la décrue, les rives retiennent toujours un peu l’eau et la rivière se vide plus rapidement en son centre, la surface devient alors convexe. 

Cet effet est davantage marqué sur les grandes rivières. Sur le Mississippi, la concavité de la surface de la rivière lors de la crue, est en moyenne égale à 1 mètre. Les bûcherons qui transportent le bois connaissent bien ce phénomène : lors de la crue, le bois se rapproche de la rive, alors que pendant la décrue, il se déplace vers le milieu.

5. Le rameur et le tronc d’arbre

Question  : Un bateau à rames descend la rivière et un tronc d’arbre descend à côté. Qu’est ce qui est plus facile pour le rameur : prendre 10 mètres d’avance sur le tronc ou être en retard de 10 mètres ?

Réponse  : Même les amateurs de sport nautique donnent souvent une réponse incorrecte à cette question. Ils pensent que ramer à contre-courant est plus difficile que de ramer avec le courant. Donc, d’après eux, dépasser le tronc est plus facile que d’être en retard sur lui. 

En réalité, ils oublient de tenir compte du fait que la barque, déplacée par le courant, est immobile par rapport à l’eau qui la transporte et que le tronc, transporté également à la même vitesse, est immobile par rapport à la barque. Tout se passe comme si le rameur travaillait avec ses rames de la même façon que s’il était sur un lac sans courant. Dans ce cas, il est également facile  de ramer dans toutes les directions et ce sera la même chose dans l’eau courante. Le rameur dépensera donc autant d’énergie  pour dépasser le tronc que pour prendre du retard sur lui.

6. La bouilloire bouillante et l’œuf chaud dans la main

Questions  : 1. On dit qu’une bouilloire avec de l’eau bouillante peut être posée sans crainte sur la main. 2. De même,  un œuf sorti de l’eau bouillante ne brûle pas les mains immédiatement. Pourquoi ?

image4

L’expérience est moins

dangereuse qu’il n’y paraît

Réponses :     

1. L'humidité couvrant la main (sueur) vient  en contact avec le fond de la bouilloire et s’évapore en créant une fine couche isolante qui protège momentanément de toute brûlure. Mais, rapidement, la vapeur disparaît et la chaleur devient perceptible.

2. L’œuf sorti  de l’eau bouillante est humide et chaud. L’eau en s’évaporant de sa surface refroidit la coquille et on ne sent pas sa chaleur. Cela ne dure que quelques instants car, rapidement, il n’y aura plus d’eau sur la coquille et il sera temps de lâcher l’œuf.

image5

L’œuf sorti de l’eau bouillante

ne brûle pas les mains

7. Les aliments grillés ou bouillis ?

Question : Pourquoi un aliment grillé a-t-il plus de goût qu’un aliment bouilli ?

Réponse  : La raison pour laquelle la nourriture grillée présente plus de goût que celle cuite à l’eau est non seulement due à la présence de graisse, mais aussi aux particularités physiques des procédés de cuisson. Ni l’eau ni la graisse ne s’échauffent au-delà de leur point d’ébullition, soit 100 °C pour l’eau et 200°C pour la graisse. Les procédés de cuisson sont ainsi différents : l’échauffement plus important pour les graisses entraîne un changement des caractéristiques des substances organiques, ce qui améliore le goût final. Une viande grillée n’a pas les mêmes aromes qu’une viande bouillie  et une omelette diffère d’un œuf à la coque.

8. Le fer à repasser et les taches

Question  : Comment se fait-il que l’on puisse enlever des taches grasses avec un fer à repasser ?

Réponse  : L’élimination des taches de graisse profite du fait que la tension superficielle des liquides diminue à mesure que la température augmente. « Si la température est différente sur l’ensemble des parties de la tâche liquide, alors celle-ci essaie de se déplacer des zones chaudes vers les zones froides. Il suffit donc de mettre d’un côté du tissu taché un fer chaud et  de l’autre un papier de soie : la graisse migrera vers le papier de soie ». (Maxwell, Théorie de la chaleur).

9. Le singe de Lewis Carroll

Question  : L’auteur (1832-1898) d’ Alice au pays des merveilles a posé le célèbre problème suivant (voir figure) : Que fait le poids lorsque le singe monte à la corde ?

image6

Le problème du singe de Lewis Caroll

 

Réponse  : Les réponses, très nombreuses, ne purent jamais s’accorder.    Pour les uns, lorsque le singe monte ou descend sur la corde, cela n’a aucun effet sur la charge qui ne bouge pas. Pour d’autres, lorsqu’il monte, la charge descend. Enfin, pour une très faible minorité, lorsqu’il monte, le poids monte aussi, donc la charge se déplace vers le singe. 

La dernière réponse est la seule correcte : lorsque le singe monte, la corde, sous l’action de ses mains et de ses pieds, descend. En descendant, elle entraîne la charge vers le haut car la poulie transmet le mouvement.

10. Le casse-tête de la baignoire

Ces fameux problèmes qui ont marqué notre prime scolarité, recèlent souvent quelque subtilité et il faut toujours se méfier des réponses rapides ou spontanées. En témoignent les deux exemples suivants :

Questions :

1. Une baignoire se remplit en un temps T avec l’eau du robinet et se vide totalement dans le même temps par le trou d’évacuation. Reste-t-il de l’eau si on laisse couler le robinet sans fermer le trou d’évacuation ?

2. Si, maintenant, la baignoire se vide plus lentement qu’elle ne se remplit, est ce qu’elle se remplira à ras bord ?

image7Casse-tête de la baignoire

 Réponses : 1. Spontanément, on répondrait que la baignoire restera vide, ce qui est FAUX. Il convient  de savoir, en effet, que la vitesse d’écoulement par le trou d’évacuation, dépend de la hauteur du liquide  dans la baignoire, de la même manière que la vitesse d’un corps en chute libre dépend  de la hauteur de chute.  Au début donc, le débit d’évacuation sera plus faible que le débit de remplissage ; de l’eau va s’accumuler, augmentant ainsi la vitesse d’évacuation jusqu’à ce que les deux débits deviennent égaux. La situation sera alors équilibrée et par conséquent, la baignoire contiendra une certaine quantité d’eau

2. La tentation est de répondre que puisqu’elle se remplit plus vite qu’elle ne se vide, au bout d’un certain temps, elle sera remplie à ras bord, mais ceci peut être encore FAUX. Pour la même raison que ci-dessus, le débit d’évacuation, faible au début, va augmenter progressivement et peut devenir égal au débit de remplissage,  ce qui stabilisera le niveau au dessous du ras bord. Toutefois, si le débit de remplissage est suffisamment important, le ras bord peut être atteint, et même le débordement.

Nota 1: des calculs un peu savants qu’il est inutile de reproduire ici, montrent que pour cela, il faut que le temps de vidage soit le double du temps de remplissage.

Nota 2  : on peut être convaincu, si besoin était, des « drames » que de tels problèmes peuvent provoquer en classe !!

Épilogue

Je félicite le lecteur qui est parvenu  sans encombre à la fin de cet article car il aura fait preuve  d’un certain courage mais surtout d’une curiosité d’esprit qui mérite un grand hommage. Peut-être même y a-t-il trouvé matière à divertissement et peut-être aussi a-t-il appris quelque chose. Alors, il ne lui reste plus qu’à se procurer l’ouvrage de Perelman qui ne manquera pas de le combler, je puis en témoigner.

                                                                                             Décembre 2008

 

Les dix derniers articles publiés (ou modifiés)