comprendre la physique : qcm...

EYROLLES PRATIQUE

Com

pren

dre

la p

hysiq

ueFr

édér

ic B

orel

Complet, pédagogique et ludique, ce guide

vous propose 160 questions-réponses pour

découvrir les principaux physiciens et comprendre

les phénomènes de base. S’appuyant sur des

exemples de la vie quotidienne et des anecdotes

historiques, les explications sont illustrées de

nombreux schémas. La physique est un jeu

d’enfants !

Frédéric BorelFrédéric Borel enseigne la physique en collège etlycée. Il est déjà l’auteur de plusieurs livres, dont : Jeuxmathématiques pour tous, éditions Tana, 2003.

Tous les domainesde la physique

Une approcheinteractive

Des illustrations

Comprendrela physique

Frédéric Borel

Comprendrela physique

Con

cept

ion

: N

ord

Com

po –

© G

etty

imag

es

97

82

21

25

38

50

2

Code

édi

teur:

G53

850

ISBN

: 978

-2-2

12-5

3850

-2

10 € EYROLLES PRATIQUE

53850_Physique_XP 2/04/07 17:08 Page 1

gerbig

Comprendre la physique :QCM illustré

MEP QCMphysique Page 1 Lundi, 2. avril 2007 3:11 15

Chez le même éditeur :

π

Comprendre l’hindouisme

, Alexandre Astier

π

Communiquer en arabe maghrébin

, Yasmina Bassaïne et Dimitri Kijek

π

QCM de culture générale

, Pierre Biélande

π

Le christianisme

, Claude-Henry du Bord

π

La philosophie tout simplement

, Claude-Henry du Bord

π

Marx et le marxisme

, Jean-Yves Calvez

π

L’histoire de France tout simplement

, Michelle Fayet

π

QCM Histoire de France

, Nathan Grigorieff

π

Citations latines expliquées

, Nathan Grigorieff

π

Philo de base

, Vladimir Grigorieff

π

Religions du monde entier


π

Les philosophies orientales


π

Les mythologies tout simplement

, Sabine Jourdain

π

Découvrir la psychanalyse

, Edith Lecourt

π

Comprendre l’islam

, Quentin Ludwig

π

Comprendre le judaïsme

, Quentin Ludwig

π

Comprendre la kabbale

, Quentin Ludwig

π

Le bouddhisme

, Quentin Ludwig

π

Les religions

, Quentin Ludwig

π

La littérature française tout simplement

, Nicole Masson

π

Dictionnaire des symboles

, Miguel Mennig

π

Histoire du Moyen Âge

, Madeleine Michaux

π

Histoire de la Renaissance

, Marie-Anne Michaux

π

L’Europe

, Tania Régin

π

Histoire du XX

e

siècle

, Dominique Sarciaux

π

QCM Histoire de l’art

, David Thomisse

π

Comprendre le protestantisme

, Geoffroy de Turckheim


Comprendre la physique :QCM illustré

Frédéric Borel


Éditions Eyrolles

61, Bd Saint-Germain

75240 Paris Cedex 05

www.editions-eyrolles.com

Mise en pages : Istria

Le code de la propriété intellectuelle du 1

er

juillet 1992 interdit en effet expressé-ment la photocopie à usage collectif sans autorisation des ayants droit. Or,cette pratique s’est généralisée notamment dans les établissements d’ensei-gnement, provoquant une baisse brutale des achats de livres, au point que lapossibilité même pour les auteurs de créer des œuvres nouvelles et de les faire

éditer correctement est aujourd’hui menacée.

En application de la loi du 11 mars 1957, il est interdit de reproduire intégralement ou partiel-lement le présent ouvrage, sur quelque support que ce soit, sans autorisation de l’éditeurou du Centre Français d’Exploitation du Droit de Copie, 20, rue des Grands-Augustins, 75006Paris.

© Groupe Eyrolles, 2007

ISBN 978-2-212-53850-2


http://www.editions-eyrolles.com

© E

yrol

les

Prat

ique

5

Sommaire

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

Pour commencer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Astronomie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

Électromagnétisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73

Optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97

Thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

Structure de la matière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

Chimie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

Glossaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187


© E

yrol

les

Prat

ique

7

Introduction

Tel Monsieur Jourdain qui faisait de la prose sans le savoir, nous faisons dela physique sans en avoir conscience. Chaque jour, des phénomènes physi-ques ont lieu sous nos yeux sans que nous leur accordions la moindre atten-tion tant ils nous sont devenus familiers. Faire bouillir de l’eau, allumer unradiateur électrique, laisser tomber un objet ou encore prendre une photo,autant d’actions qui nous semblent simples et anodines et qui font pour-tant appel à des principes physiques fondamentaux : les changementsd’état de la matière, la gravité, l’effet Joule, etc.

Dans cet ouvrage, nous avons tenté de rendre accessibles tous ces termesbarbares qui font souvent de la physique une discipline mal-aimée (bien àtort, évidemment !). Vous y trouverez donc un questionnaire à choix multi-ples dans lequel les notions sont abordées par le biais d’exemples concrets.Chaque réponse est complétée par des précisions historiques.

Par souci de clarté, l’ouvrage est découpé en 7 chapitres qui recouvrent lesgrands domaines des sciences physiques : astronomie, électromagnétisme,mécanique, optique, thermodynamique, structure de la matière et chimie.

Nous espérons que ce livre, qui s’adresse à toute la famille, vous permettrad’approfondir et d’élargir vos connaissances dans ces divers domaines touten passant un agréable moment.


Pour commencer


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M

ill

us

tré

10

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question A

Pourquoi les mois font une tren-taine de jours ?

Réponse

Cela correspond au cycle lunaire,c’est-à-dire au temps mis par la Lunepour faire un tour autour de la Terre.Celui-ci est d’environ 28 jours. Il étaitutile d’arrondir à 30 car, multiplié par12 (30 x 12 = 360), on se rapproche auplus près de 365 jours, temps que metla Terre pour tourner autour du Soleil.

Question B

Sur un calendrier des postes sont indiquées, à l’emplacement du mois de février, la lettre domini-cale et l’épacte. Que signifie chacun de ces mots ?

Réponse

La lettre dominicale est la position dupremier dimanche après le 1er janvier.Elle sert au calcul très compliqué de la

date de Pâques. On attribue des let-tres de A à G aux différents jours : parexemple, si le 1

er

janvier est un mardi(lettre A), on attribue au dimanche lalettre F : la lettre dominicale del’année est ainsi la lettre F. Quant àl’épacte, elle est liée au nombre dejours écoulés depuis la nouvelle Lune.

Question C

Pourquoi le mois de février n’a que 28 ou 29 jours alors que tous les autres ont 30 ou 31 jours ?

Réponse

Le premier calendrier romain n’avaitque dix mois et commençait en mars.Lorsque les romains rajoutèrent deuxmois après décembre, le mois defévrier devint le dernier. C’est lui quifut raccourci pour qu’il y ait 365 joursdans le calendrier. On attribua unnombre impair de jours (29 ou 31) àtous les autres mois car les nombrespairs étaient considérés commenéfastes. Seul le mois de février, con-sacré aux morts, hérita de 28 jours.


Po

ur

co

mm

en

ce

r

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

11

Quelques calendriers historiques

Jules César fonde le calendrier julien. Après 1500 ans d’utilisation, cecalendrier ne correspond plus à la réalité astronomique. Une réformes’impose : ce sera le calendrier grégorien encore utilisé de nos jours.

Les premiers calendriers

Les calendriers sont fondés sur les cycles du Soleil ou de la Lune ouencore des deux à la fois. Les plus anciens sont égyptiens et chinois. Lecalendrier hébraïque, utilisé dans la vie religieuse, prend pour origine le7 octobre 3761 avant J.-C., date présumée de la Création du monde.

Le calendrier julien

Le calendrier romain était à l’origine un calendrier lunaire de 304 jours.Jules César décide de fonder un calendrier sur le temps que met la Terrepour faire un tour autour du Soleil, c’est-à-dire 365 jours et 6 heures. Ilpropose donc 12 mois alternés avec 30 jours et 31 jours. Le dernier moisde l’année, celui de février (le début de l’année étant le 1

er

mars), devaitêtre bissextile, c’est-à-dire qu’on devait doubler le 24 février, une foistous les 4 ans.

Jalousie d’empereur !

À l’origine, le mois dédié à Auguste, août, n’avait que 30 jours, et celuidédié à Jules, juillet, 31. Auguste n’étant pas inférieur à César, leSénat a dû rétablir l’équilibre et le mois d’août revint à 31 jours.

Le calendrier grégorien

Le calendrier julien montre ses limites. Il prend un retard d’environ11 minutes par an. Le pape Grégoire XIII décide donc de le réformer ensupprimant 10 jours. Ainsi, le lendemain du jeudi 4 octobre 1582 fut levendredi 15 octobre 1582 ! Le problème est que tous les pays n’assimilè-rent pas cette transformation. Les pays protestants eurent du mal àaccepter une réforme catholique.


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M

ill

us

tré

12

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question D

Que sont les solstices et les équi-noxes ?

Réponse

L’équinoxe est le moment de l’annéeoù la durée du jour est égale à ladurée de la nuit. Cela se produit deuxfois dans l’année, aux alentours du 21mars (début du printemps) et du 21septembre (début de l’automne). Lessolstices correspondent au jour leplus court pour le début de l’hiver(vers le 21 décembre) et au jour le pluslong pour le solstice d’été (21 juin).

Question E

À quoi correspondent les tropi-ques du Cancer et du Capri-corne ?

Réponse

Les tropiques du Cancer et du Capri-corne sont des lignes imaginaires duglobe terrestre qui délimitent unerégion où les habitants sont suscepti-bles de voir le Soleil passer à la verti-cale à certains moments de l’année,phénomène qui n’arrive jamais enFrance.

Question F

Pourquoi fait-il plus froid en hiver qu’en été ?

Réponse

On pourrait croire que c’est dû autemps d’ensoleillement qui est pluscourt en hiver. Mais il n’y a pas quecela, puisque au pôle Nord, quand leSoleil éclaire six mois sans se cou-cher, les températures sont néan-moins glaciales. Le facteur principalest la hauteur du Soleil sur l’horizon.Les rayons lumineux chauffentd’autant plus qu’ils sont verticaux.Des rayons qui rasent la Terre,comme en hiver sous nos latitudes,ne sont pas du tout efficaces.


Po

ur

co

mm

en

ce

r

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

13

La mesure du temps 1

Alignements de pierres, cadrans solaires, clepsydres… l’homme a tou-jours eu de l’imagination pour mesurer le temps qui passe.

Les alignements de pierre

Les pierres qui se trouvent à Stonehenge en Grande-Bretagne datentd’environ 2000 avant J.-C. Dans les années 1960, les savants Hawkins etHoyle constatent que la disposition de certaines pierres matérialise lessolstices et les équinoxes. En outre, ils constatent que ce monumentmégalithique peut prévoir les éclipses, faisant de Stonehenge l’un despremiers observatoires de l’humanité.

Les cadrans solaires

L’ombre d’un bâton planté dans la terre, le gnomon, suffit à indiquer lemoment de la journée. L’inclinaison du gnomon dépend de la latitude oùse trouve le cadran solaire. Plusieurs cadrans solaires de civilisationsanciennes furent découverts en Inde, en Grèce, en Égypte, etc.

Les clepsydres

Une clepsydre est un instrument identique au sablier mais où le sable aété remplacé par l’eau. Elles prenaient le relais des cadrans solaires lanuit. La difficulté de fabrication résidait dans l’écoulement : celui-cidevait être constant, quel que soit le niveau d’eau à l’intérieur de la cuve.On attribue l’invention de la clepsydre aux Égyptiens. L’emploi des clep-sydres se répandit ensuite en Grèce et dans tout l’Empire romain.


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M

ill

us

tré

14

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question G

Combien y a-t-il de secondes dans une vie de 90 ans ?

Réponse

« Seulement » 3 milliards ! Il y a 3600secondes dans une heure, environ80 000 dans une journée et environ30 millions dans une année.

Question H

Comment est définie la seconde ?

Réponse

Les Romains définissaient la secondecomme la 60

e

partie de la minute,donc la 86 400

e

partie de la journée(60 x 60 x 24 = 86 400). Cette défi-nition a convenu pendant 2000 ans.La définition fondée sur le jour solairen’était pas assez fiable à cause desinfimes variations de celui-ci. Ladéfinition moderne gagne en pré-cision ce qu’elle perd en simplicité. En1967, les scientifiques choisissentl’atome de césium comme référence.Comme tout atome, celui-ci peutémettre une onde électromagnétiquequi oscille dans l’espace. La duréed’oscillation est appelée la « période ».La seconde « moderne » correspondenviron à 9 milliards de fois cettepériode.

Question I

Quelles sont les conséquences du passage de l’heure d’hiver à l’heure d’été ?

Réponse

Puisque le Soleil se couche une heureplus tard, il y a une économie sur ladépense énergétique en éclairage.Certains pensent néanmoins qu’il y ades effets néfastes : perturbation desrythmes b io logiques (adultes ,enfants, animaux), heures de grandecirculation au moment le plus chaudde la journée augmentant ainsi le picd’ozone, perturbation dans l’organi-sation des transports.


Po

ur

co

mm

en

ce

r

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

15

La mesure du temps 2

L’horloge est devenue indispensable pour réguler la vie quotidienne.Quelques modernisations s’imposèrent…

L’horloge mécanique

Les premières horloges mécaniques, qui dateraient du début du XIV

e

siècle,étaient constituées d’un poids qui tombe, entraînant la rotation d’uneseule aiguille. Galilée pensait qu’un balancier pourrait battre la seconde.Le savant Christian Huygens reprit cette idée en créant la première hor-loge à balancier qui deviendra la pendule. Le ressort à spirale a étéinventé par ce même Huygens en 1675.

L’horloge électrique

En 1840, la première horloge électrique est inventée par l’Anglais AlexanderBain. La première montre électrique, quant à elle, ne fut inventée que100 ans plus tard, en 1952. Vingt ans après, les premières montres àquartz utilisent le phénomène de piézoélectricité pour battre la secondede manière très précise.

Quelle heure est-il ?

Inventée par le directeur de l’Observatoire de Paris Ernest Esclan-gon, l’horloge parlante fut mise en service en France le 14 février1933. Il y eut 140 000 appels le premier jour.

L’horloge atomique

Une horloge atomique tient sa précision de la stabilité de la fréquence desradiations émises entre deux niveaux d’énergie d’un atome. La premièrehorloge atomique voit le jour en 1954. Depuis, les horloges atomiquesn’ont cessé d’être perfectionnées, atteignant la précision actuelle d’uneseconde d’erreur pour quelques millions d’années !


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M

ill

us

tré

16

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question J

À quelle latitude se trouve la ville de Bordeaux ?

Réponse

La latitude d’un lieu est l’angle entrece dernier et l’équateur. Le pôle Nordse trouve donc à une latitude de 90degrés. La ville de Bordeaux se trouveà une latitude d’environ 45 degrés,c’est-à-dire à mi-chemin entrel’équateur et le pôle Nord.

Latitude et longitude

Question K

Quelle est l’importance du méridien de Greenwich ?

Réponse

Un méridien est une ligne imaginairereliant les deux pôles. Celui deGreenwich sert de référence aux calculsdes longitudes. La longitude est l’angleformé entre un lieu et Greenwich quisert donc naturellement de référenceaux fuseaux horaires.


Po

ur

co

mm

en

ce

r

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

17

La mesure des angles

À la Révolution, les scientifiques ont essayé d’imposer le système déci-mal dans la mesure des angles. Cela fut un échec cuisant.

La base 60 des Mésopotamiens

Il y a environ 5000 ans, les habitants de Mésopotamie comptaient de 60 en60 comme nous actuellement de 10 en 10. Pourquoi ? L’une des hypothè-ses imagine la rencontre de deux peuples. L’un comptait de 12 en 12,l’autre de 5 en 5. Leur confrontation (12 x 5 = 60) aurait donné le systèmesexagésimal. Le nombre 60 et ses multiples servent de référence à lamesure des angles en degrés. On retrouve également le « 60 » pour lamesure du temps : il y a 60 minutes dans une heure et 60 secondes dansune minute.

La Révolution et le système décimal

Avec le système métrique et la définition du mètre, les scientifiques de laRévolution souhaitèrent réformer la mesure des angles. Aussi inventè-rent-ils le grade. L’angle droit faisait 100 grades au lieu de 90 degrés. Untour complet faisait donc 400 grades à la place de 360 degrés. Le graden’est plus très utilisé à l’heure actuelle.

L’unité officielle des angles : le radianUn angle de 180 degrés vaut π radians. L’angle droit vaut donc π/2radians, soit environ 1,57 radians… Cela simplifie les calculs !

Le 12 dans le langageAlors que notre système de numérotation est décimal, le 12 reste dansnotre vocabulaire par un héritage très ancien : la douzaine d’huîtres, lademi-douzaine d’œufs, les 24 heures d’une journée… La numérotationanglaise accorde une place à ce nombre puisque au-delà de 12, il n’existeplus de mot nouveau : on reprend l’unité et on lui rajoute 10 (thirteen,fourteen, et ainsi de suite).


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

18

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question LQuelle est la différence entre les unités de distance mille et mile ?

Réponse Le mille est une unité de distanceutilisée en marine. Elle vaut 1 852mètres et correspond à la longueurd’un arc de 1 degré sur l’équateur. Lenœud marin correspond au nombrede milles en une heure. Le mile estune unité anglo-saxonne qui vautenviron 1 609 mètres.

Question MQue signifie « micro » dans micromètre ou microscopique ?

Réponse « Micro » signifie petit en grec. Unmicromètre, autrement appelémicron, correspond à un millionièmede mètre, c’est-à-dire 0, 000 001mètre. On trouve ensuite le nanomè-tre qui est mille fois plus petit que lemicromètre, puis le picomètre, lefemtomètre …

Question NQue signifie « giga » dans le mot gigantesque ?

Réponse « Gigas » signifie géant en grec. Ungigamètre correspond à un milliardde mètres. Le mégamètre est millefois plus petit, c’est-à-dire égal à unmillion de mètres, alors que le tera-mètre est mille fois plus grand etéquivaut à 1 000 000 000 000 mètres.


Po

ur

co

mm

en

ce

r©

Eyr

olle

s P

rati

que

19

Petite histoire du mètre

La France de l’Ancien Régime connaissait une profusion d’unités de lon-gueur. Depuis, plusieurs siècles se sont écoulés. La Révolution a bien eulieu, jusque dans les unités de mesure.

La confusion des anciennes unitésLa toise, le pouce, l’aune… Au Moyen Âge, les unités sont si nombreusesen France qu’elles créent de nombreux malentendus dans les tractationsmarchandes, une même unité n’ayant pas la même valeur selon lesrégions. À la fin du XVIIe siècle, pour définir l’étalon de la toise, l’astro-nome Jean Picard prenait pour référence la largeur d’une arcade du Lou-vre ! En 1789, les cahiers de doléances rédigés avant la Révolutionréclament : « Un roi, une loi, un poids et une mesure. »

La Révolution et le système métriqueEn 1792, les scientifiques français Méchain et Delambre sont envoyés surles routes pour calculer la longueur d’un arc du méridien, de Dunkerqueà Barcelone. Pendant plusieurs années et dans des conditions parfois dif-ficiles, ils remplissent leur mission malgré le décès de Méchain. Le mètreest alors défini comme la 10 000 000e partie du quart du méridien terres-tre, c’est-à-dire la partie comprise entre le pôle Nord et l’équateur.

Vestige métrique !Parmi les 16 mètres-étalons placés dans Paris à la Révolution, il n’enreste plus que deux. Le seul qui subsiste à son emplacement d’ori-gine est situé au 36, rue de Vaugirard, sous les arcades.

Les définitions modernesEn 1927, un mètre-étalon en platine sert de référence. En 1960, unedéfinition complexe fondée sur l’atome de krypton est adoptée. Enfin, en1983, le mètre est défini grâce à une constante fondamentale de la physi-que, la vitesse de la lumière. Le mètre devient la distance parcourue parla lumière en 1/299 792 458e seconde.


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

20

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question OQu’est-ce que le fléau d’une balance ?

Réponse Il s’agit de la tige horizontale auxextrémités de laquelle sont suspen-dus les plateaux.

Question PQuelle est l’origine de la balance de Roberval ?

Réponse Au XVIIe siècle, Gilles Personne eutl’ingénieuse idée de placer le fléau dela balance sous les plateaux. Il gagnaen précision et put construire desbalances adaptées selon le poids àmesurer. Roberval est un village del’Oise dont était originaire GillesPersonne.


Po

ur

co

mm

en

ce

r©

Eyr

olle

s P

rati

que

21

La mesure des masses

Chaque époque a conçu des étalons de poids, de l’obole grecque au kilo-gramme contemporain.

L’Antiquité L’obole de la Grèce antique correspondait à 0,72 g. La drachme valait6 oboles. L’once romaine valait le douzième de la livre. L’once deviendraune unité anglo-saxonne valant environ 28 g (le symbole est « oz » ; on levoit souvent sur les emballages alimentaires).

L’Ancien RégimeAu Moyen Âge, la confusion est à son comble. Si l’on retrouve des appel-lations communes comme la livre ou le grain, elles n’ont pas toutes lamême valeur d’une ville à l’autre. Par exemple, la livre pesait 9216 grainsà Paris, mais 9456 grains à Venise, tout simplement parce que Paris avaitchoisi le grain de froment comme référence et Venise le grain d’orge !Fabriquée au XIVe siècle, la pile de Charlemagne est un ensemble depetits godets de cuivre qui servit d’étalon à Lavoisier en 1799 pour déter-miner le grave (poids d’un litre d’eau à 4 °C).

Le kilogramme actuelLe prototype du kilogramme, fabriqué à la fin du XIXe siècle, est un cylin-dre en platine d’une hauteur de 39 mm. Il est actuellement conservé aupavillon de Breteuil à Sèvres. Les scientifiques souhaiteraient que ladéfinition du kilogramme ne dépende plus d’un étalon, qui peut s’altérerau cours du temps, comme un morceau de métal. C’est déjà le cas pourla seconde et le mètre qui « bénéficient » d’une définition liée à la consti-tution des atomes.


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

22

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question QQue vaut un are ?

Réponse L’are vient du grec area qui signifie« aire ». Créé lors de la Révolutionfrançaise, il vaut 100 m2. L’hectare estplus utilisé : il vaut 100 ares, soit10 000 m2.

Question RQue vaut un stère de bois ?

Réponse Cela dépend ! Si les bûches de boismesurent 1 mètre de long, alors1 stère = 1 mètre cube. Mais si lesbûches font 50 centimètres, alors1 stère = 0,8 mètre cube. Le volumeexprimé en stères correspond auvolume apparent du bois, sans tenircompte de l’espace entre les bûches.

Question SQuel est le symbole du mot litre : « L » ou « l » ?

Réponse Les deux sont acceptés, mais on privi-légie le premier symbole. En effet le« l » minuscule s’écrit le plus souvent« l » et risque d’être confondu avec lechiffre « 1 ». On préférera donc écrire« 1 L » plutôt que « 1 l ».


Po

ur

co

mm

en

ce

r©

Eyr

olle

s P

rati

que

23

Les unités du Système International

Le mètre, le kilogramme, la seconde, l’ampère… Il existe 7 unités de baseutilisées en physique. Petit tour d’horizon des unités moins connues.

Une unité de température : le kelvinCelsius et Fahrenheit sont des échelles de température à 2 points fixes,c’est-à-dire que la congélation et l’ébullition de l’eau servent de réfé-rence. L’anglais William Thomson, lord Kelvin, propose, au XIXe siècle, latempérature absolue, dont le zéro correspond à l’immobilité totale desmolécules. Il faut ajouter 273,15 à la température en Celsius. Ainsi, 25 °Ccorrespond à 298,15 K.

Une unité de quantité de matière : la moleIl s’agit d’une unité très utilisée en chimie. Une mole correspond à unnombre gigantesque. Lorsqu’on parle d’une mole de grains de sable, celareprésente environ un quatrillion de grains de sable, c’est-à-dire : 1 000 000 000 000 000 000 000 000 !

Watt, Joule, Newton…Toutes les autres unités utilisées en physique s’expriment à l’aidedes 7 unités de base. Ainsi le watt se dit aussi « kilogramme mètrecarré par seconde au cube », ce qui est moins pratique !

Une unité lumineuse : la candelaProvenant du latin qui signifie « chandelle », la candela est l’unité offi-cielle d’intensité lumineuse. On connaît également l’unité d’éclairement,le lux, plus utile dans la vie quotidienne. Une nuit de pleine Lune corres-pond à un éclairement de 0,5 lux, alors qu’une journée ensoleilléecorrespond à plusieurs dizaines de milliers de lux.


Chapitre 1

Astronomie

1.


© E

yrol

les

Prat

ique

27

Question 1. La chance vous sourit Né(e) en février, mon signe du zodiaque est Poisson. Qu’est-ce que le zodiaque en astronomie ?

A. L’ensemble des douze étoiles les plus brillantes du ciel

B. L’ensemble des étoiles de la Grande Ourse

C. La zone du ciel dans laquelle se déplacent le Soleil et les principales planètes du système solaire

Réponse La réponse est C. Cette zone se situeau-dessus de l’horizon ; elle est divi-sée en 12 parties de 30 degrés delargeur chacune. Chaque partie con-tient une constellation*1 du nom denos signes zodiacaux : Bélier, Tau-reau, Gémeaux, Cancer, Lion, Vierge,Balance, Scorpion, Sagittaire, Capri-corne, Verseau, Poisson.

Un peu d’histoire

I l y a e n v i r o n 4 0 0 0 a n s , l e sMésopotamiens connaissaient déjàle zodiaque. Le mot « zodiaque »vient du grec zôon qui signifie « êtrevivant ». De tout temps, les astrolo-gues se sont très souvent trouvésaux côtés d’hommes politiques. Leplus connu est certainement Nostra-damus, astrologue de Catherine deMédicis au XVIe siècle.

La treizième constellation du zodiaque : le SerpentaireLe Serpentaire, encore appelé « Ophiucus », est une constellation del’hémisphère Nord qui coupe la constellation du serpent en deux ets’insère normalement entre le Scorpion et le Sagittaire. Elle est sur latrajectoire du Soleil et représente, depuis 1922, le treizième signe duzodiaque. L’astrologie, qui date de quelques milliers d’années, n’en tientpas compte.

1. Les termes suivis d’un astérisque renvoient au glossaire en fin d’ouvrage.


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

28

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 2. Soyons ponctuels !Le cadran solaire indique l’heure solaire. Lorsque je lis 13 h sur un cadran solaire, en été et en France, ma montre indique :

A. 11 h ?

B. 13 h ?

C. 15 h ?

Réponse La réponse est C. Il est midi, heuresolaire, quand le Soleil atteint saposition la plus haute dans le ciel. ÀGreenwich en Angleterre, en hiver, lemidi du Soleil correspond au midides montres. Quand on s’écarte duméridien* de Greenwich, il fautrajouter ou retrancher une heureselon le fuseau horaire dans lequelon est. Alors que nous devrions avoirla même heure que les Britanniques,nous avons adopté l’heure des Alle-mands, c’es-à-dire une heure de plusen hiver et deux heures en été.

Un peu d’histoire

Philosophe grec originaire de Milet,Anaximandre est le disciple et l’amide Thalès. Il aurait été l’un des pre-miers à utiliser un bâton planté dansle sol, un gnomon, pour estimer lahauteur du Soleil, inventant ainsi lecadran solaire. Il aurait également suprévoir les solstices* et les équino-xes. Les équinoxes sont les momentsde l’année où la durée du jour estégale à la durée de la nuit (automneet printemps). Les solstices corres-pondent au jour le plus long (été) etau jour le plus court (hiver).

Quel jour sommes-nous ?La ligne de partage des jours (pour départager hier de demain) se trouvedans l’océan Pacifique et traverse une des îles de l’archipel des Fidji. Leshabitants y ont donc installé une pancarte sur laquelle on peut lire à gau-che « ici vous êtes hier » et à droite « ici vous êtes demain ».


1. A

str

on

om

ie©

Eyr

olle

s P

rati

que

29

Question 3. Le Soleil a rendez-vous avec la LuneLe Soleil et la Lune semblent avoir la même taille dans le ciel. Le Soleil, beaucoup plus gros, est :

A. 500 fois plus éloigné que la Lune ?

B. 10 fois plus éloigné que la Lune ?

C. 3 fois plus éloigné que la Lune ?

Réponse La réponse est A. Le Soleil est placé à150 millions de km de la Terre, alorsque la Lune n’est « seulement » qu’à300 000 km. La planète Pluton, ladernière du système solaire, est envi-ron 40 fois plus éloignée de la Terreque le Soleil.

Un peu d’histoire

Aristarque (IIIe siècle avant J.-C.) estoriginaire de l’île grecque de la merÉgée, Samos. Il évalua les distancesrelatives de la Terre à la Lune et de laTerre au Soleil. Celui-ci fut égalementle premier à imaginer que la Terretourne sur elle-même et autour duSoleil.

Mieux vaut partir à pointSi le Concorde avait été capable de voler dans l’espace, il lui aurait falluenviron une semaine pour atteindre la Lune ; un avion de ligne, lui, met-trait une quinzaine de jours. Malheureusement, les avions ont besoin d’airpour voler, contrairement aux fusées, et la vitesse qu’il faut atteindrepour s’arracher de l’attraction terrestre est de 40 000 km par heure,vitesse inimaginable pour un avion !


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

30

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 4. Cher Phileas Fogg Quelle distance a dû parcourir le héros de Jules Verne en 80 jours ?

A. Environ 40 000 km

B. Environ 400 000 km

C. Environ 4 000 000 km

Réponse La réponse est A. Le rayon de la Terreétant de 6400 km, on trouve la cir-conférence en le multipliant par 2π.La Terre n’est pas tout à fait uneboule : elle est aplatie aux deux pôlesà cause de sa rotation et de la forcecentrifuge.

Un peu d’histoire

Directeur de la bibliothèque d’Alexan-drie, Ératosthène (vers –276 / –194)était philosophe, mathématicien etgéographe. Il se servit de l’ombred’un obélisque pour mesurer la cir-conférence de la Terre.

Le whisky du capitaine HaddockTous les objets célestes sont des sphères. On explique la formation desplanètes par l’accumulation de matière venant de tous les endroits del’espace. Dans l’album de bande dessinée On a marché sur la Lune(1954), le dessinateur Hergé imagina que le whisky du capitaine Haddockse transformait en une sorte de boule en apesanteur*. Cette intuition serévéla exacte plusieurs années avant l’envoi d’hommes dans l’espace.


1. A

str

on

om

ie©

Eyr

olle

s P

rati

que

31

Question 5. Le nombril du mondeLe Soleil est au centre :

A. De l’Univers ?

B. De notre galaxie ?

C. De l’ensemble des planètes ?

Réponse La réponse est C. Le Soleil est au cen-tre de notre système solaire. Ce der-nier regroupe neuf planètes, leurssatellites naturels, des comètes quireviennent périodiquement fondreprès du Soleil, des astéroïdes et desmétéorites. Ce système solaire n’estqu’un grain de sable dans une struc-ture beaucoup plus grosse appelée« galaxie ». Notre galaxie est la Voielactée* : elle contient plusieurs mil-liards d’étoiles, identiques à notreSoleil. Les planètes qui gravitentautour de ces étoiles contiennent-elles de la vie ? Mystère…

Un peu d’histoire

Ptolémée (vers 90-vers 170) estl’auteur d’un traité, l’Almageste, quiexpose un modèle géocentrique* dusystème solaire. Ce modèle erroné,adopté par l’Église catholique, vas’imposer pendant près de 1500 ansjusqu’à l’audacieuse intervention deCopernic au XVIe siècle puis de Galiléeau XVIIe siècle : c’est bien la Terre quitourne autour du Soleil. Ptolémée futégalement géographe et musicien.

Les 9 planètes du système solaire et leur taille relative


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

32

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 6. Terre, Terre…Pour découvrir l’Amérique, Christophe Colomb a dû se servir d’un astrolabe. De quoi s’agit-il exactement ?

A. Un instrument permettant d’évaluer les distances à la surface de la Terre

B. Une carte détaillée des continents

C. Un instrument permettant de mesurer la hauteur des astres

Réponse La réponse est C. Un astrolabe estconstitué d’un bras tournant accro-ché au centre d’un rapporteur. Onfixe une étoile avec l’extrémité dubras mobile et sa position peut alorsêtre lue sur le rapporteur. L’astrolabepermet également de déterminerl’heure en un endroit donné.

Un peu d’histoire

Perfectionné par les savants arabes,l’astrolabe arrive en Europe au Xe siè-cle après J .-C. En latin, le mot« astrolabe » signifie « prendre uneétoile ». L’un des plus anciens astro-labes conservés date du Xe siècle.

Avant le GPS…Le portulan était une carte permettant de repérer les côtes maritimes.Le sextant servait quant à lui à mesurer la hauteur d’un astre ; il rem-plaça l’astrolabe au XVIIIe siècle.


1. A

str

on

om

ie©

Eyr

olle

s P

rati

que

33

Question 7. Bonne année ! Quelle est la durée d’une année ?

A. 365 jours

B. 365 jours et 3 heures

C. 365 jours et 6 heures

Réponse La réponse est C. Une année corres-pond au temps mis par la Terre pourfaire le tour du Soleil. L’année n’estpas égale à un nombre entier dejours. Il faut ajouter un quart de jour-née, soit 6 heures. Pour rattraper ceretard, notre calendrier rajoute unjour tous les 4 ans : c’est alors uneannée bissextile*.

Un peu d’histoire

Dans son ouvrage De Revolutionibusorbium coelestium (Sur les révolutionsdes sphères célestes), publié l’annéede sa mort, le Polonais NicolasCopernic (1473-1543) place le Soleil aucentre du système planétaire, la Terretournant autour de ce dernier. Ilreprend l’hypothèse du Grec Aristar-que de Samos et vient contredire lesystème de Ptolémée, en vigueurdepuis 1500 ans et défendu parl’Église, qui place la Terre au centrede l’Univers. I l faudra attendrel’invention de la lunette, quelquesdécennies plus tard, pour confirmerla théorie de Copernic.

Copernic


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

34

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 8. Étoile montanteÀ la campagne, par une nuit sans nuages, combien d’étoiles pouvez-vous observer à l’œil nu ?

A. Plusieurs dizaines

B. Plusieurs centaines

C. Plusieurs milliers

Réponse La réponse est C. Les étoiles que l’onobserve à la campagne les soirs d’étésont regroupées par constellations*.Officiellement, ces dernières sont aunombre de 88. La Grande Ourse*,composée de sept étoiles principa-les, a l’allure d’une casserole. Cassio-pée ressemble à un « W ». On peutégalement observer les constella-tions du Cygne, de l’Aigle et duZodiaque.

Un peu d’histoire

En 1576, le roi du Danemark, FrédéricII, offre à Tycho Brahé (1546-1601) lepremier observatoire moderne surl’île de Hveen au Danemark. C’estdans cette magnifique constructionappelée Uraniborg et entouré desavants et d’étudiants, que Brahé vaeffectuer des mesures d’une incroya-ble précision. L’observation desmouvements de Mars permettra àl’un de ses élèves favoris, Kepler,d’énoncer les fameuses lois qui por-tent son nom.

La Grande Ourse


1. A

str

on

om

ie©

Eyr

olle

s P

rati

que

35

Question 9. Un beau spectacleQu’est-ce qu’une supernova ?

A. Un vaste nuage de gaz

B. Une étoile géante qui explose

C. Un ensemble regroupant plusieurs milliards d’étoiles

Réponse La réponse est B. L’arrêt des réactionsnucléaires au cœur de certaines étoi-les provoque leur implosion suivie del’explosion des couches extérieuresde l’étoile à une vitesse vertigineuse :environ 15 000 km par seconde.

Un peu d’histoire

Dans la nuit du 11 novembre 1572,l’astronome danois Tycho Brahéobserve une étoile très brillante dansla constellation de Cassiopée. Elle futqualifiée de « Nova » car Brahé pen-sait qu’une nouvelle étoile venaitd’apparaître dans le ciel. On observece type d’étoiles depuis environ 2000ans. Des scientifiques américainspensent qu’une supernova datant de225 millions d’années aurait provo-qué, par son rayonnement, l’extinc-tion d’espèces vivantes sur Terre.


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

36

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 10. Chassez l’intrusParmi ces trois objets célestes, un astre ne fait pas comme les deux autres. Lequel ?

A. La comète

B. La planète

C. Le satellite naturel

Réponse La réponse est C. Les satellites natu-rels, comme la Lune, tournentautour d’une planète alors que lacomète et la planète tournent autourdu Soleil. Le Soleil bouge dans notreVoie lactée, la Voie lactée dans unamas de galaxies, et l ’amas degalaxies se meut dans l’Univers. Lastructure de l’Univers s’apparenteainsi à des boîtes gigognes !

Un peu d’histoire

En 1592, le philosophe GiordanoBruno est accusé d’hérésie : l’Inqui-sition lui reproche, entre autres,d’être partisan des idées de Copernicsur la place du Soleil au centre dusystème solaire. À Rome, son procèsva durer huit ans. Il sera brûlé en1600. À la sentence de peine de mort,Giordano Bruno répondit : « Vouséprouvez sans doute plus de craintesà rendre cette sentence que moi àl’accepter ! ». Quelques dizainesd’années plus tard, toujours en Ita-lie, Galilée se heurtera à la mêmerésistance de l’Eglise sur la positiondu Soleil et de la Terre dans l’espace.

Mal luné !La Lune a toujours exercé une fascination sur les hommes, si bien que denombreuses superstitions et autres croyances entourent notre satellitenaturel : la Lune rousse serait très mauvaise pour les bourgeons et lesjeunes pousses, il ne faudrait semer qu’en Lune croissante ; le nombrede naissances augmenterait les jours de pleine Lune ; la pleine Lune pro-voquerait des insomnies et décolorerait même nos rideaux et les carros-series de nos voitures ! La seule influence de la Lune prouvée à ce jourest celle qu’elle exerce sur les marées.


1. A

str

on

om

ie©

Eyr

olle

s P

rati

que

37

Question 11. Le grand manègeLes planètes parcourent autour du Soleil une trajectoire :

A. Circulaire ?

B. Ovale ?

C. Hélicoïdale ?

Réponse La réponse est B. Les planètes suiventune trajectoire ovale ou elliptiqueautour du Soleil. Le Soleil n’est pasplacé au centre de l’ellipse mais àcôté, en un point appelé « foyer ». Lesastres comme les comètes et lesastéroïdes parcourent égalementune ellipse autour du Soleil. Il en estde même pour la Lune, autour de laTerre.

Un peu d’histoire

On a longtemps cru que les planètesparcouraient des cercles autour duSoleil. L’astronome allemand Johan-nes Kepler (1571-1630), élève de TychoBrahé, se servit des observations trèsprécises de Mars effectuées par sonmaître, pour arriver à ses conclusions :les planètes parcourent une ellipseautour du Soleil.

La trajectoire des planètes autour du Soleil


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

38

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 12. Lever les yeux au cielQuelle est la différence entre une lunette et un télescope ?

A. La lunette est composée de lentilles et le télescope de miroirs

B. La lunette sert en navigation maritime et le télescope en astronomie

C. Il n’y en a pas

Réponse La réponse est A. Actuellement, lesastronomes privilégient les téles-copes* aux lunettes*, en raison de ladifficulté de fabriquer des lentillesde grande taille.

Un peu d’histoire

En 1608, l’opticien néerlandais HansLippershey invente la premièrelunette. La légende raconte que Lip-pershey doit son invention à deuxenfants qui jouaient avec deux len-tilles dans la rue, s’amusant à lesmettre l’une devant l’autre. Ilss’aperçurent qu’ils voyaient l’églisede leur village plus grande. Lip-pershey s’en étonna et eut l’idée demettre ces lentilles dans un tube enbois. Il essaya alors de vendre soninvention à l’armée, qui la refusa. Lecélèbre physicien italien Galiléerécupéra l’idée lors d’un voyage àVenise, où la lunette avait déjà étéexportée, et construisit sa proprelunette en 1609. Il en augmenta con-sidérablement le grossissement.Cette invention l’amena à découvrirune multitude d’objets célestes.


1. A

str

on

om

ie©

Eyr

olle

s P

rati

que

39

Question 13. Le plus grand des astresLa Lune est le satellite naturel de la Terre. Comment s’appellent les quatre gros satellites naturels de Jupiter ?

A. Prométhée, Atlas, Télesto et Calypso

B. Cordelia, Ophelia, Bianca et Cressida

C. Io, Europe, Ganymède et Callisto

Réponse La réponse est C. Très récemment, ona découvert qu’il y avait plus desoixante satellites autour de Jupiter !Ganymède est le satellite le plus grosavec un diamètre de 5000 km.

Un peu d’histoire

C’est l’Italien Galilée (1564-1642) quia découvert, grâce à l’invention touterécente de sa lunette, ces quatresatellites naturels de Jupiter, dont lesnoms sont issus de la mythologiegrecque.

Eppur si muove« Et pourtant, elle tourne ! » Cette célèbre phrase de Galilée s’inscritdans le long procès qui l’opposa à l’Église sur ses idées coperniciennes.En 1632, Galilée publie le Dialogue sur les deux principaux systèmes dumonde, où trois personnes sont mises en scène : un défenseur des idéesde Ptolémée (et de l’Église), un copernicien et un sceptique. D’avril à juin1633, le tribunal du Saint-Office juge Galilée en ces termes : « Nous tedemandons d’abjurer tes erreurs et hérésies. Nous ordonnons la prohi-bition du livre sur les Dialogues. Nous te condamnons à la prison duSaint-Office. »


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

40

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 14. Le seigneur des anneauxCe n’est pas la seule planète à en posséder, mais les anneaux de Saturne sont très connus. Ils sont constitués :

A. De glace ?

B. De roche ?

C. De gaz ?

Réponse La réponse est A. Il y a environ unmillier d’anneaux autour de Saturne,épais d’ un kilomètre chacun. Ils sontconstitués de blocs de glace allantdu grain de poussière au morceaud’une dizaine de mètres de diamètre.

Un peu d’histoire

Galilée fut le premier à observer, en1610, quelque chose autour deSaturne. Ce qui l’intrigua c’est queces astres, qu’il prenait pour dessatellites naturels*, ne bougeaientpas. Encore plus étrange, après unelongue période d’observation, ilsavaient disparu ! L’astronome néer-landais Huygens (1629-1695) apportala réponse plusieurs années plustard : il s’agit d’anneaux qui devien-nent quasiment invisibles lorsqu’ilssont vus par la tranche, c’est-à-direvus de profil.

Galilée


1. A

str

on

om

ie©

Eyr

olle

s P

rati

que

41

Question 15. Aussi vite que l’éclairCombien de temps met la lumière pour nous venir du Soleil ?

A. Une seconde

B. Environ huit minutes

C. Environ une heure

Réponse La réponse est B. La lumière metenviron une seconde pour venir de laLune, huit minutes pour venir duSoleil jusqu’à nos yeux et un peu plusde 4 ans pour venir de l’étoile la plusproche, Proxima du Centaure.

L’observateur de Paris

En 1672, Jean-Dominique Cassini,alors directeur de l’Observatoire deParis, profite d’un alignement duSoleil avec les planètes Terre et Mars.Il effectue des mesures à Paris etenvoie Jean Richer à Cayenne. Lamise en commun de leurs mesurespermet, par la méthode de parallaxe,de déterminer la distance Terre-Marspuis la distance Terre-Soleil.

Lever les yeux au ciel pour… voyager dans le temps !Lorsqu’on regarde le ciel par une belle nuit étoilée, on observe le passé :ce que l’on observe à l’œil nu date quelquefois de plusieurs centainesd’années ! La limite actuelle de l’espace observable est d’environ 14 mil-liards d’années-lumière.


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

42

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 16. L’éternel retourLa comète de Halley revient tous les :

A. 53 ans ?

B. 76 ans ?

C. 84 ans ?

Réponse La réponse est B. Une comète estconstituée d’un noyau de glace,d’une chevelure de poussière etd’une queue qui s’oriente avec levent solaire. Les comètes viennentd’une zone aux confins du systèmesolaire, appelée la « ceinture deKuiper ». La comète de Halley quel’on a observée en 1986 ne repasseraqu’en 2061, alors à vos agendas…

Un peu d’histoire

En décembre 1681, Edmund Halley(1656-1742) aperçoit une comète dansle ciel de Londres. Après plusieursrecherches, il affirme que cette der-nière est la même que celle qu’obser-vèrent les hommes de Guillaume leConquérant en 1066, puis que cellequ’observa Kepler 75 ans plus tôt. En1705, il prédit donc son retour 75 ou76 ans plus tard. Halley mourra en1742 et n’aura donc pas eu la possibi-lité de voir le retour de la comète quiportera son nom.


1. A

str

on

om

ie©

Eyr

olle

s P

rati

que

43

Question 17. Il est mort le Soleil Il arrive au Soleil de disparaître momentanément lors des éclipses. C’est parce que :

A. La Lune passe devant le Soleil ?

B. La Terre passe devant le Soleil ?

C. Le Soleil passe sous l’horizon ?

Réponse La réponse est A. Pour une éclipse deSoleil, il faut attendre que la Terre, laLune et le Soleil soient alignés danscet ordre. La Lune qui est plus petitemais plus proche parvient à cacher leSoleil, plus gros mais plus loin. Lors-que le Soleil est caché complète-ment, l ’éclipse est dite totale,comme au nord de Paris en 1999.Sinon, elle est partielle ou annulaire.

Un peu d’histoire

On observe des éclipses de Soleildepuis des milliers d’années. Sourced’émerveillement ou de crainte, leséclipses ne laissent personne indiffé-rent.

L’astronome Halley (1656-1742) réus-sit à en prévoir une pour 1715 en utili-sant les lois de la gravitation deNewton. En 1724, le roi Louis XVobserva une éclipse totale de Soleildepuis le Trianon à Versailles. Plusrécemment, celle de 1999 dura, enFrance, environ deux minutes pourl’occultation totale. On a malheureu-sement dénombré une dizaine de cassévères de perte visuelle aprèsl’observation de l’éclipse.

La prochaine éclipse totale en France aura lieu en 2081 !

Le phénomène de l’éclipse de Soleil n’est pas rare. On estime qu’il y aenviron 250 éclipses par siècle, mais elles ont souvent lieu dans deszones peu pratiques d’accès. La prochaine éclipse visible à Paris se pro-duira le 3 septembre 2081.


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

44

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 18. Les géants de l’espaceQuel est le nom de la septième planète du système solaire (c’est aussi le nom d’un dieu romain du ciel) ?

A. Uranus

B. Neptune

C. Pluton

Réponse La réponse est A. Uranus appartient àla famille des grandes planètesgazeuses, tout comme Saturne etNeptune. Elles sont qualifiées de« joviennes » car leur compositionest semblable à celle de Jupiter. Lesplanètes proches du Soleil commeMercure, Vénus et Mars sont quali-fiées de « telluriques »* pour leur res-semblance avec la Terre ; elles ont parexemple toutes une surface solide.

Un peu d’histoire

Né à Hanovre en 1738, l’astronomebritannique William Herschel estavant tout un musicien : on lui doit24 symphonies ainsi que plusieursconcertos. Passionné d’astronomie,construisant lui-même des lunettes,il découvre Uranus le 13 mars 1871. Cequi fut d’abord pris pour une comètes’avéra en fait être la septième pla-nète du système solaire. Herschel labaptisa « la planète de George » enl’honneur du roi George III. Herscheldécouvrit également deux des satel-lites d’Uranus : Titania et Obéron.


1. A

str

on

om

ie©

Eyr

olle

s P

rati

que

45

Question 19. Le ciel nous tombe sur la têteQu’est-ce qu’un astéroïde ?

A. L’autre nom d’une étoile filante

B. Une petite planète du système solaire

C. Une comète en fin de vie

Réponse La réponse est B. Les astéroïdes lesplus gros peuvent mesurer jusqu’à600 kilomètres de diamètre. La plu-part sont situés entre Mars et Jupiter.On pense qu’il s’agit de débris d’uneplanète qui n’aurait pas eu la placede se former entre les deux planètes.

Un peu d’histoire

Le premier astéroïde a été découvertle jour de l’an 1801 par l’Italien PPPPiiiiaaaazzzzzzzziiii,directeur de l’observatoire de Palerme.Il le nomma Céres en hommage à ladéesse de la mythologie grecque. Onpense que la chute d’un astéroïde surTerre aurait provoqué la mort desdinosaures il y 65 millions d’années.Sa trace aurait été repérée dans legolfe du Mexique.

Armageddon 2036 ?En juin 2004, les astronomes ont découvert un astéroïde dont l’orbitepourrait bien croiser celui de la Terre. Cette rencontre, certes peu proba-ble mais pas impossible, a dans un premier temps été prévue pour 2029,puis de nouveaux calculs l’ont repoussée à 2036, avec une chance de con-tact avec la Terre de 1 sur 5000…


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

46

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 20. Faites un vœu …Une étoile filante est :

A. Une étoile qui passe à proximité de la Terre ?

B. Un morceau de roche d’astéroïde qui se désintègre dans l’atmosphère ?

C. Une comète qui explose ?

Réponse La réponse est B. L’astéroïde est unepetite planète tournant autour duSoleil. La météorite est un fragmentd’astéroïde qui peut tomber surTerre. On parle de météore, de bolideou d’étoi le f i lante lorsque lesmétéorites entrent dans l’atmos-phère terrestre en produisant de lalumière. L’étoile filante n’est doncpas une étoile !

Un peu d’histoire

Les astéroïdes connus de l’hommeconstituent une très grande famillequi ne cesse de s’agrandir. Le premierfut découvert par Giuseppe Piazzi le1er janvier 1801. D’autres suivirent en1802, 1804, 1807 ; depuis 1847, denouveaux astéroïdes sont décou-verts tous les ans.

Attention : chute de pierres !Le 26 avril 1803 s’abat sur une petite ville de l’Orne appelée L’Aigle unepluie de météorites. Le physicien Biot (1774-1862) est envoyé par l’Aca-démie des sciences pour étudier les débris recueillis. Il conclut à une ori-gine extraterrestre des météorites, mettant ainsi fin à une controverse.En effet, on croyait à l’époque que la Terre était « protégée » et qu’aucunematière ne pouvait venir de l’espace.


1. A

str

on

om

ie©

Eyr

olle

s P

rati

que

47

Question 21. Les vers de Terre amoureux des étoilesLorsque nous observons les étoiles, la lumière que nous recevons dans nos yeux a voyagé un certain temps dans l’espace. À quelle distance se trouve l’étoile la plus proche de la Terre ?

A. Un peu plus de 4 années-lumière

B. Un peu plus de 40 années-lumière

C. Un peu plus de 400 années-lumière

RéponseLa réponse est A. L’étoile la plus pro-che s’appelle « Proxima » et résidedans la constellation du Centaure. Sicette étoile venait à mourir, nousn’en serions informés que quatre ansplus tard. L’Étoile polaire, quant àelle, se trouve à plus de 400 années-lumière.

Un peu d’histoire

En 1838, pour calculer la distance quinous sépare de l’étoile 61 Cygni de laconstellation du Cygne, l’astronomeallemand Friedrich Bessel (1784-1846)se fonde sur la parallaxe d’une étoile,c’est-à-dire la mesure du déplace-ment apparent de celle-ci dans leciel, à partir de deux points d’obser-vation différents. Ainsi, pour avoir lemaximum de précision, on attendune période de six mois, la Terreayant parcouru la plus grande dis-tance possible.

Parallaxe d’une étoile


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

48

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 22. Une lueur d’espoirComparé aux autres étoiles de notre galaxie, le Soleil est :

A. Une petite étoile ?

B. Une étoile moyenne ?

C. Une étoile géante ?

Réponse La réponse est A. L’astre auquel ondoit la vie sur Terre est une petiteétoile banale, perdue dans l’immen-sité de notre galaxie, la Voie lactée.La Terre a un diamètre 100 fois pluspetit que le Soleil.

Un peu d’histoire

En 1905, le physicien danois EjnarHertzsprung découvre l’existence dedeux types d’étoiles bien distinctes :les « géantes » et les « naines ». Il éla-bora par la suite un diagramme avecl’astronome et philosophe BertrandRussell pour classer toutes les étoi-les existant dans l’Univers.


1. A

str

on

om

ie©

Eyr

olle

s P

rati

que

49

Question 23. La proche banlieueNous vivons dans une galaxie appelée la « Voie lactée ». Comment s’appelle notre plus proche voisine ?

A. La galaxie d’Andromède

B. La galaxie du Centaure

C. La galaxie d’Orion

Réponse La réponse est A. Les galaxies s’éloi-gnent à très grande vitesse les unesdes autres. C’est une conséquencedu Big Bang : il y 14 milliards d’années,toute la matière de l’Univers actuelaurait été confinée dans un volumetrès petit. Une explosion gigantes-que aurait envoyé cette matière danstoutes les directions, donnant nais-sance à tous les astres connusaujourd’hui. Depuis, l’Univers est enexpansion.

Un peu d’histoire

C’est grâce aux photographies del’observatoire du Mont Wilson enCalifornie que Edwin Hubble (1889-1953) a pu estimer la situation de lagalaxie d’Andromède : celle-ci seraità plusieurs centaines de milliersd’années-lumière, bien au-delà deslimites de notre galaxie !

Un savant boxeur !Hubble s’adonna à beaucoup d’activités. Il eut l’occasion, alors qu’il étaitétudiant d’affronter le champion de boxe Georges Carpentier !


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

50

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 24. La petite dernièreQu’est-ce qui différencie Pluton, la dernière planète, des huit autres planètes ?

A. Elle parcourt une trajectoire ovale très accentuée

B. C’est la seule planète solide

C. Elle n’a pas de satellite naturel

Réponse La réponse est A. Contrairement àPluton, les planètes du systèmesolaire ont des trajectoires quasi-ment circulaires. C’est également laplanète la plus éloignée, la plusfroide et la plus petite. En août 2006,l’union astronomique internationalea décidé que Pluton ne pouvait pasêtre qualifiée de « planète » : il s’agi-rait plutôt d’un gros astéroïde. Il n’ya donc plus que huit planètes dans lesystème solaire !

Un peu d’histoire

En 1930, en observant le déplace-ment anormal d’un point lumineuxsur différents clichés, le physicienaméricain Clyde Tombaugh (1906-1997) découvre la neuvième planètetant attendue depuis 30 ans. La pla-nète fut nommée Pluton, dieuromain des enfers, car les deux pre-mières lettres sont les initiales del’astronome américain qui avait pré-dit son existence, Percival Lowell,mort en 1916. À sa mort, son frère fitun don très généreux pour que soitconstruit un télescope permettant ladécouverte de la planète X.

Pas toujours la dernière…Pluton est considérée comme la planète la plus éloignée du Soleil. Or,cela n’est pas toujours vrai : son orbite croise parfois celle de Neptune.Ainsi, Pluton passe en avant-dernière position pour une période de20 ans. Ce fut le cas de 1979 à 1999 et cela ne se reproduira qu’en 2226.


Chapitre 2

Électromagnétisme

2.


© E

yrol

les

Prat

ique

53

Question 25. Que dis-je, c’est un cap !Les boussoles indiquent le nord, mais lequel ?

A. Le nord magnétique

B. Le nord géographique

C. Les deux puisqu’il s’agit de la même chose

Réponse La réponse est A. La Terre est parcou-rue, sous sa croûte, par des courantsde lave gigantesques. Cela lui donneles propriétés d’un aimant. Ce quiattire les boussoles, le nord magnéti-que, se situe à plusieurs centaines dekilomètres du nord géographique quicorrespond, lui, au point le plus hautde l’axe de rotation. De plus, le nordmagnétique est en réalité un « sud »puisqu’il attire le nord d’une bous-sole… Enfin, il se déplace au coursdes siècles. Les boussoles de Christo-phe Colomb n’indiquaient donc pas

la même chose que nos boussolesactuelles !

Un peu d’histoire

Depuis l’Antiquité, on connaît la pro-priété de ces pierres étranges venantd’une région de Grèce, la Magnésie,et qui se collent les unes aux autres.Les premières boussoles étaient desrécipients d’eau sur lesquels flot-taient des aiguilles aimantées. Laboussole fut utilisée en Europe versle XVe siècle. Le mot boussole vientde l’italien bussola, qui signifie« petite boîte ».

Une boussole de navigation


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

54

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 26. Les aimants terriblesSi on casse un aimant en deux, que se passe-t-il ?

A. On se retrouve avec le pôle nord dans une main et le pôle sud dans l’autre

B. On obtient de petits aimants avec chacun un pôle sud et un pôle nord

C. L’aimant perd ses propriétés magnétiques

Réponse La réponse est B. Il est impossible deséparer le pôle nord du pôle sud d’unaimant. Lorsqu’on casse un aimant,chaque morceau a de nouveau unpôle nord et un pôle sud. En revan-che, en électricité statique, on peutobtenir des objets chargés unique-ment d’électricité positive ou d’élec-tricité négative.

Un peu d’histoire

Le savant français Pierre de Mari-court (XIIIe siècle) fut l’un des pre-miers à étudier les étonnantespropriétés des aimants. Il est consi-déré comme le fondateur du magné-tisme. Il fut surnommé « le Pèlerin »pour sa participation à une croisadeen Terre Sainte. On raconte quesachant travailler les métaux, il créaun type d’armure pour les armées deLouis IX.

Deux pôles nord se repoussent, deux pôles sud se repoussent, un pôle nord attire unpôle sud, et vice versa.

Aimants en fer à cheval


2. É

lec

tro

ma

gn

étis

me

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

55

Question 27. Atmosphère, atmosphère…L’air qui nous entoure peut-il conduire l’électricité ?

A. Oui, les orages nous le prouvent

B. Non, les piles se déchargeraient très vite

C. Cela dépend de la force de l’électricité

Réponse La réponse est C. La frontière entreconducteur et isolant n’est pas nette.Tout dépend de la tension appliquée,c’est-à-dire de la « réserve » d’électri-cité qui peut s’écouler d’un point àun autre. L’air est isolant pour despetites tensions, comme celle despiles, des batteries de voitures, ouencore pour la tension de la prise decourant (230 V). Il existe une tensionde claquage au-delà de laquelle l’airdevient conducteur : elle est d’envi-ron 20 000 V par centimètre, ce quilaisse de la marge ! Elle est largementatteinte lors d’un orage.

Un peu d’histoire

Le teinturier anglais Stephen Gray(1666-1736) s’aperçut qu’en reliantdes objets électrisés entre eux pardes fils de métal, l’électricité pouvaitse déplacer : l’électricité dynamiqueétait née. Au fil de ses expériences, ilparvint à transporter l’électricité deplus en plus loin, atteignant même250 mètres.

Attraction fataleLes hommes de l’Antiquité connaissaient déjà l’électricité statique. Ilsavaient remarqué que lorsque certains corps se frottent, ceux-ci produi-sent de l’électricité et attirent d’autres objets plus petits. On peut fairel’expérience avec une règle en plastique qui attire, à coup sûr, les petitsbouts de papier.


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

56

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 28. Témoin à chargesPourquoi reçoit-on une décharge électrique lorsqu’on touche une voiture après en être descendu ?

A. La carrosserie de la voiture est reliée à l’une des bornes de la batterie

B. La carrosserie de la voiture s’est chargée d’électricité avec les frotte-ments de l’air

C. Nos vêtements se chargent électriquement sur les sièges de la voiture

Réponse La réponse est B. Les charges néga-tives de la matière, les électrons*,sont attirées par les charges positi-ves. Il suffit d’un frottement pourarracher des électrons à la carrosse-rie d’une voiture. Celle-ci devientchargée positivement. Elle profite denotre corps pour faire circuler uncourant et redevenir à nouveauneutre : c’est le moment de ladécharge électrique.

Un peu d’histoire

C’est le savant français Charles duFay, intendant du Jardin des plantes,qui a découvert l’existence de deuxtypes d’électricité, positive et néga-tive. En 1733, Du Fay constate quel’on obtient deux électricités selonque l’on frotte un morceau de verreou un morceau d’ambre. I l lesnomme alors « électricité vitreuse »et « électricité résineuse », ce quel’on appellera plus tard le positif et lenégatif.

L’électricité statique au quotidien L’électricité statique est omniprésente dans la vie quotidienne. Il suffitque deux objets soient chargés négativement pour qu’ils se repoussent :les cheveux lorsqu’ils viennent d’être lavés sont difficiles à coiffer. Lors-que ces objets sont chargés avec des signes opposés alors ils s’attirent :les poils de mon bras sont attirés par l’écran de télévision, les vêtementsqui sortent du sèche-linge sont collés les uns aux autres, etc.


2. É

lec

tro

ma

gn

étis

me

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

57

Question 29. Coup de foudre à ParisVous êtes à Paris lors d’un orage. La meilleure protection consiste à :

A. Monter au sommet de la tour Eiffel en levant les bras le plus haut possible ?

B. Se mettre sous un arbre du Champ-de-Mars ?

C. Rester dans sa voiture ?

Réponse La réponse est C. Aucune onde élec-tromagnétique ne peut pénétrer àtravers une cage métallique. Les cou-rants électriques engendrés par cesondes circulent à l’extérieur de lacage sans jamais y pénétrer. Lors desorages, l’automobile est comme unecage de Faraday*. Il en va de mêmepour l’enveloppe métallique desordinateurs.

Un peu d’histoire

Le 10 mai 1752, une expériencemajeure dans l’histoire de la physi-que a eu lieu : c’est à Marly-la-Ville, àune quarantaine de km au nord deParis, qu’on a pour la première foistesté le paratonnerre pour capter lafoudre. Le physicien français Dali-bard dressa une tige de fer d’unequinzaine de mètres dans un jardin,un jour d’orage. La foudre frappa latige et des étincelles jaillirent, prou-vant la nature électrique de la foudre,ce qui confirma la théorie de l’Améri-cain Benjamin Franklin (1706-1790).


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

58

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 30. Une boîte branchéeParmi ces appareils fournissant de l’électricité, quel est l’intrus ?

A. La pile

B. La batterie

C. La dynamo de vélo

Réponse La réponse est C. La pile et la batteriefournissent une tension continue*,c’est-à-dire qu’il faut respecter lesens de branchement, le courantn’allant que dans un sens bien déter-miné, du + vers le -. Avec la dynamoou même la prise de courant, la ten-sion est dite « alternative », c’est-à-dire que le courant change sans arrêtde sens. Le + et le – n’ont donc plusdu tout de signification.

Un peu d’histoire

En 1800, l’Italien Alessandro Volta(1745-1827) met au point la premièrepile électrique en juxtaposant desdisques de cuivre et de zinc séparéspar des morceaux de tissu imprégnéd’eau salée. Lorsqu’il présente sagéniale invention à l’Institut deFrance, en présence de Napoléon, cedernier est tellement impressionnéqu’il gratifie Volta de plusieurs dis-tinctions et récompenses.

Les grenouilles de Monsieur GalvaniEn 1785, l’Italien Galvani (1737-1798) constate qu’une patte de grenouillese contracte lorsqu’elle entre en contact avec deux métaux différents : ilpense que la grenouille crée sa propre électricité. Son compatrioteAlessandro Volta pense quant à lui que la patte de grenouille n’est que leconducteur entre les deux métaux qui sont les bornes de ce qui deviendrala pile. L’avenir donnera raison à Volta.


2. É

lec

tro

ma

gn

étis

me

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

59

Question 31. Une géniale inventionQuel phénomène physique intervient dans les appareils suivants : gâchette électrique pour l’ouverture des portes, magnétophone, magnétoscope ?

A. Un fil parcouru par un courant se comportant comme un aimant

B. Un fil parcouru par un courant dégageant de la chaleur

C. Un cristal de quartz comprimé produisant une étincelle

Réponse La réponse est A. Il s’agit du principede l’électro-aimant* : en enroulant lefil électrique autour d’un barreau defer, celui-ci s’aimante momentané-ment. Il s’agit donc d’un aimantcommandé.

Un peu d’histoire

Christian Oersted (1777-1851) étaitprofesseur à l’université de Copenha-gue. Un problème se posait aux navi-gateurs de l’époque : la foudre faisaitperdre le nord à leurs boussoles.Oersted réfléchissait au problèmelorsqu’un jour, il eut l’idée d’improvi-ser une expérience devant ses élèves.La boussole qu’il approcha devant unfil électrique (parcouru par un cou-rant) se mit à bouger. Il venait deprouver que les forces magnétiqueset électriques sont intimement liées.Les élèves restèrent dubitatifsdevant une te l le expér ience…Aujourd’hui, Oersted est considérécomme le fondateur de l’électroma-gnétisme*. L’électro-aimant futinventé par les Français FrançoisArago (1786-1853) et André-MarieAmpère (1775-1836).


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

60

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 32. Cuit à petit feuLes plaques à induction ne fonctionnent qu’avec un certain type de casseroles. Celles-ci sont en :

A. Cuivre ?

B. Fer ?

C. Aluminium ?

Réponse La réponse est B. Les plaques à induc-tion* sont équipées d’électro-aimants qui font circuler dans lescasseroles des courants appelés« courants de Foucault* », déga-geant la chaleur nécessaire. Seulesles casseroles en fer permettent lacirculation de tels courants. Ce pro-cédé évite qu’on se brûle la peau autoucher de la plaque.

Un peu d’histoire

Le physicien britannique MichaelFaraday (1791-1867) constate qu’enfaisant bouger un aimant devantune bobine, du courant est produitdans cette dernière. Expérimenta-teur de génie, Faraday finira ses joursépuisé dans une maison mise à sadisposition par la Reine Victoria.

La roue tourne…C’est ce même phénomène d’induction qui permet de produire de l’élec-tricité sur un vélo grâce à une dynamo : le coup de pédale que l’on donneentraîne la roue, qui fait tourner des aimants à proximité d’une bobine etalimente ainsi en électricité le phare du vélo.


2. É

lec

tro

ma

gn

étis

me

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

61

Question 33. Résiste !À quel degré la tension électrique alternative est-elle dangereuse pour le corps humain ?

A. 25 V

B. 250 V

C. 2500 V

Réponse La réponse est A. Le corps humainoffre une certaine résistance* aucourant, sauf si celui-ci devient tropimportant. L’électrisation dépend del’état d’humidité de la peau, de lamorphologie de la personne et dutemps de passage du courant. Onparle d’électrocution quand il y adanger mortel.

Un peu d’histoire

En 1827, le physicien allemand GeorgOhm (1789-1854) découvre que la ten-sion appliquée à un conducteur(c’est-à-dire la réserve d’électricitéqu’on met à sa disposition), mesuréeen volt, est proportionnelle à l’inten-sité* du courant qui traverse ce con-ducteur, mesurée en ampère. Illaissera son nom à l’unité de résis-tance dont le symbole est oméga (Ω).Mais Ohm ne connut pas le succèsqu’il méritait de son vivant.

Pas de danger pour les oiseauxPour s‘électrocuter, il faut toucher à la fois la terre et un fil électriqueappelé « fil de phase* ». Les oiseaux posés sur les fils électriques, n’étantpas reliés à la terre, ne risquent donc rien.


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

62

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 34. La colère de ZeusQuelle est l’intensité du courant lors d’un éclair ?

A. Environ 5 ampères

B. Environ 500 ampères

C. Environ 50 000 ampères

Réponse La réponse est C. L’intensité du cou-rant est la quantité de charges élec-triques qui circulent par secondedans un conducteur. Pour un éclair,des charges négatives s’accumulentà la base du nuage pendant que descharges positives s’accumulent auniveau du sol. Un arc électrique pré-curseur « prépare » l’atmosphère etpermet la remontée d’un courantélectrique très puissant : c’estl’éclair.

Un peu d’histoire

L’ampère est l’une des sept unités debase utilisées en physique, avec,entre autres, le mètre, la seconde etle kilogramme. On doit à André-Marie Ampère (1775-1836) une théo-rie très complète de l’électricité enmouvement. I l inventa le mot« courant » et définit l’intensitécomme la quantité de charges élec-triques qui traversent un fil pendantune seconde.

André-Marie Ampère


2. É

lec

tro

ma

gn

étis

me

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

63

Question 35. Ça chauffe !Un radiateur électrique chauffe quand il est parcouru par un courant. Comment s’appelle ce phénomène ?

A. L’effet Hamilton

B. L’effet Watt

C. L’effet Joule

Réponse La réponse est C. L’effet Joule* cor-respond à l’échauffement de lamatière lorsqu’un courant électriquey circule. Les électrons, responsablesdu courant électrique, entrent encollision avec les atomes constituantla matière. Ce sont ces collisions quisont à l’origine du dégagement dechaleur.

Un peu d’histoire

À ses heures perdues, dans les cavesde la brasserie qu’il dirige, le physi-cien anglais James Joule (1818-1889)utilise ses connaissances de la fabri-cation de la bière pour mener à biendes expériences de physique sur lachaleur. En chauffant l’eau par frot-tement à l’aide d’un agitateur, latempérature de celle-ci augmente.De ses expériences naîtra la défini-tion de la calorie*.

L’effet JouleL’effet Joule est omniprésent dans notre vie quotidienne : radiateur, four,grille-pain… Dans certains cas, cet effet est malheureusement indésira-ble et nécessite l’utilisation de ventilateurs pour abaisser la température.C’est le cas des ordinateurs ou des amplis.


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

64

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 36. Sur la même longueur d’ondeQue signifie « 100 mégahertz » en bande FM sur un poste de radio ?

A. L’onde qui voyage dans l’air oscille 100 millions de fois par seconde

B. L’onde se déplace à 100 millions de mètres par seconde

C. Cela n’a aucune signification physique, il s’agit simplement d’un repère

Réponse La réponse est A. L’onde radio appar-tient à la grande famille des ondesélectromagnétiques, dont la lumièrefait partie. Elles se différencient tou-tes par leur fréquence*. Ainsi, dansles « basses » fréquences, on trouveles micro-ondes, les ondes radio etl’infrarouge. Dans les « hautes » fré-quences, on trouve les rayons X* etles rayons gamma*.

Un peu d’histoire

Le physicien allemand HeinrichHertz (1857-1894) s’enferme dans sonuniversité de Karlsruhe au printemps1888 et parvient avec l’aide d’unassistant à produire une étincelleaux bornes d’une bobine. Il est sur-pris de recueillir à l’autre bout de lapièce, sur un bout de fil circulaire,l’onde électromagnétique issue del’étincelle. Il y a, comme en radio, unémetteur ( l ’osc i l lateur ) et unrécepteur (le résonateur).

Des premières ondes radio au téléphone portable…En 1899, l’Italien Guglielmo Marconi réalise la première liaison radioentre la France et l’Angleterre sur une cinquantaine de kilomètres. En1900, le Canadien Reginald Fessenden invente le radiotéléphone. Duranttout le XXe siècle, les communications vont connaître un développementconsidérable. Dans les années 1950-1960, on envisage les télécommuni-cations par satellite. En 1962, le satellite Telstar, qui a pour missiond’assurer la liaison des réseaux de télévision et de téléphonie entre lesÉtats-Unis et l’Europe, est lancé depuis Cap Canaveral : l’ère des liaisonstéléphoniques intercontinentales est ouverte. En 1993, la France ouvreles premiers réseaux de radiotéléphonie.


2. É

lec

tro

ma

gn

étis

me

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

65

Question 37. Temps de cuissonQuel est le point commun entre le fonctionnement d’un allume-gaz et celui d’une montre à quartz ?

A. Le phénomène de piézoélectricité

B. La production d’une étincelle à partir d’un aimant

C. La production de chaleur à partir d’un aimant

Réponse La réponse est A. Lorsqu’on exerceune pression sur un cristal, celui-ciproduit de l’électricité. Dans un cris-tal, les charges électriques sontimmobiles ; le déplacement, mêmetrès faible, de ces charges suffit àcréer un courant électrique. De plus,le cristal comprimé vibre à une cer-taine fréquence ; c’est grâce à ce phé-nomène que l’on peut fabriquer lesmontres à quartz. L’effet contraireexiste également : on peut déformerun objet sous l’action d’un courant.On utilise alors ce phénomène pourles microscopes de précision.

Un peu d’histoire

En 1880, le physicien français PierreCurie (1859-1906) et son frère Jacquess’intéressent à la structure descristaux. C’est ensemble qu’ilsdécouvrent le phénomène de piézoé-lectricité. Pierre Curie s’intéresserapar la suite à la radioactivité avec sonépouse Marie. Les objets utilisant lapiézoélectricité ne verront le jourqu’au vingtième siècle (montres àquartz, imprimantes,etc.).

Pierre Curie


Co

mp

re

nd

re

la

ph

ys

iqu

e :

QC

M i

llu

str

é

66

© E

yrol

les

Pra

tiqu

e

Question 38. J’ai besoin de vos lumièresLe filament à l’intérieur des lampes à incandescence est constitué de quel métal ?

A. Fer

B. Cuivre

C. Tungstène

Réponse La réponse est C. En chauffant, lemétal tungstène émet un peu delumière (5 %) et beaucoup de chaleur(95 %) ! L’ampoule est remplie d’ungaz inerte comme l’argon, empê-chant la combustion instantanée dufilament dans l’air. Les lampeshalogènes sont remplies d’un gazappartenant à la famille chimiquedes halogènes comme l’iode.

Un peu d’histoire

L’Américain Thomas Edison proposade faire le vide dans les ampoulespour ralentir la fusion du filamentqui à la fin du XIXe siècle était en car-bone. On attribue à Thomas Edisonau moins un millier de brevets : untélégraphe permettant sur un mêmecâble de transporter deux informa-tions, une machine automatique àvoter, le kinétoscope (l’ancêtre ducinéma), etc. La lampe à incandes-cence remporta un succès considéra-ble à l’Exposition internationaled’électricité de 1881 à Paris.

Edison trop populaireEn France, la popularité d’Edison et le mystère entourant ses inventionsdevinrent tels qu’une rumeur circula sur sa participation à une machinede guerre commanditée par l’Allemagne. Il dut démentir : « Je ser

comprendre la physique : qcm...

Documents