La physique expliquée

Poussées et chocs, balançoires, aimants et aurores, chaud et froid, et pourquoi le GPS a besoin d’Einstein, en langage simple.

Poussées et chocs

  • Enfants

Les objets continuent ce qu’ils font jusqu’à ce que quelque chose les pousse. Un objet lourd est plus dur à accélérer qu’un léger. Quand deux chariots se cognent, l’élan que l’un perd, l’autre le gagne.

Vérifie: Si un gros chariot heurte un petit chariot immobile, lequel va le plus vite ensuite ?

Le petit : dans un choc élastique, un chariot de 2 kg à 3 m/s envoie un chariot de 1 kg à 4 m/s.

Balançoires et pendules

  • Enfants

Un pendule de 1 m met environ 2 secondes pour faire l’aller-retour, quel que soit son poids. Les pendules plus longs oscillent plus lentement : c’est pour cela que les vieilles horloges s’en servaient pour donner l’heure.

Vérifie: Une balançoire plus lourde va-t-elle plus vite ?

Non. Seules la longueur (et la gravité) fixent la durée, tant que les oscillations sont petites.

La résistance de l’air

  • Ados

Une balle lancée à 40 m/s (144 km/h) irait à environ 153 m sans air. Avec l’air qui la freine, elle n’atteint qu’environ 94 m. La traînée croît comme le carré de la vitesse : les objets rapides la sentent beaucoup plus.

Vérifie: Avec l’air, 45° est-il toujours le meilleur angle pour lancer loin ?

Non : pour cette balle, le meilleur angle est d’environ 41°, un peu plus bas.

Les aimants et les aurores

  • Ados

Le Soleil souffle un vent de particules chargées à environ 400 km/s. Le champ magnétique terrestre les fait tourner en spirale le long de ses lignes vers les pôles, où elles frappent la haute atmosphère et la font briller : c’est l’aurore.

Vérifie: Pourquoi voit-on les aurores surtout près des pôles ?

C’est là que les lignes du champ magnétique terrestre plongent dans l’atmosphère et y guident les particules.

Pourquoi le GPS a besoin d’Einstein

  • Premier cycle (DUT/BTS)

Les satellites GPS portent des horloges atomiques. Comme ils sont haut, là où la gravité est plus faible, ces horloges gagnent environ 46 microsecondes par jour ; comme ils vont vite, elles en perdent environ 7. Le gain net d’environ 38 microsecondes par jour ajouterait à peu près 12 km d’erreur de position chaque jour sans correction.

Vérifie: Quel effet l’emporte pour le GPS : la vitesse ou la gravité ?

La gravité : les horloges avancent au total, on les règle donc un peu lentes avant le lancement.

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