Masse-Physique | Dr. Goulu

Pourquoi les scientifiques supposent-ils des ressorts de chaîne de pistons sans friction et sans masse pour les théories quand ils n'existent pas ?

Wed, 26 Feb 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

L’ingénieur, c’est le gars qui sait ce qu’on peut négliger. (un prof de l’EPFL)

On ne peut pas tenir compte de tout. La science, ou plutôt l’ingénierie ici, se base sur des modèles simplifiés, avec un peu de marge “de sécurité” pour tenir compte de ce qu’on néglige. Ca marche très bien depuis que mon ancêtre Urgh lança son javelot dans l’oeil d’un mammouth sans tenir compte du frottement de l’air ni de la force de Coriolis. Et comme il l’a très bien dit sur la tombe de Léon Dertal qui avait essayé de sauter cette étape et de découper directement un steak dans un mammouth vivant

C’est quand ça rate qu’on sait qu’on a négligé un peu trop. (Urgh)

Comme je le disais souvent en donnant des cours de CAO 3D et d’éléments finis, on a tendance à tout concevoir en , une matière infiniment rigide, sans dilatation thermique, qui s’usine facilement au nanomètre près et existe en deux variantes : la parfaitement conductrice et la parfaitement isolante.

Ensuite quand on ne trouve pas cette matière en stock chez le fournisseur, on se résout à en utiliser une moins bonne, et on doit faire des calculs…

Existe-t-il un instrument pour mesurer la masse d'un objet sans tricher (sans mesurer le poids)?

Fri, 14 Feb 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

oui, un accéléromètre.

Vous placez votre masse M sur coussin d’air, en lévitation magnétique ou mieux, en apesanteur.
Attachez la avec une ficelle et tirez dessus avec une force F connue, ou mesurée avec un .
Si c’est un gros objet, vous pouvez coller dessus votre smartphone qui possède un très bon pour mesurer son accélération a, sinon mesurez sa vitesse comme vous pouvez et dérivez la une fois, ou au pire mesurez sa position et la dérivez la deux fois
Abracadabra : M=F/a

Notez que c’est la démarche inverse de la balance, où

on sait que sur la Terre notre masse est accélérée vers le haut à 9.81 m/s2
on mesure la force F qui provoque cette accélération avec un dynamomètre
Abracadabra : M=F/a

S'il y a deux étoiles identiques au point de vue de la masse et du stade de vie, vont-elles briller de même intensité ?

Sun, 02 Feb 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Grosso modo oui, dit que la luminosité est proportionnelle au cube de la masse d’une étoile. Mais:

ceci signifie qu’une étoile 26% plus massive qu’une autre brille 2x plus fort (1.26 est environ la racine cubique de 2)
deux de masses très proches peuvent être observées à des instants différents de leur cycle
à la fin de la , les étoiles massives évoluent de manière très rapide. Nous avons peu de chances d’observer deux géantes rouges semblables partir en supernova simultanément

L'antimatière a-t-elle une masse négative ?

Sun, 05 Jan 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Très probablement pas.

Le dit que non : les ne sont “que” des particules avec une charge électrique inverse (plus exactement les inverses).

Il doit cependant y avoir d’autres différences pour expliquer les constatées expérimentalement, c’est pourquoi des expériences sont en cours, notamment au CERN pour mesurer les caractéristiques de l’antimatière (antiprotons ou anti-hydrogène) par rapport à la matière, et l’ au passage.

Les premiers résultats de sont attendus bientôt, mais il me semble avoir vu quelque part que si la masse de l’anti-hydrogène était négative, on le saurait déjà…

Ce qui est sur, c’et que la découverte de l’existence d’une serait une très, très, TRES grosse surprise tant ça aurait de conséquences bizarres.

Une voiture qui roule lentement et un cycliste qui roule vite ont la même impulsion. Lequel a la plus grande énergie cinétique ?

Sat, 21 Dec 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

le terme d’élan n’est quasiment pas utilisé en français. Le terme anglais équivalent “ ” se traduit en français par “ ”

Votre question est donc :

si $m_{cycliste}.v_{cycliste}=m_{voiture}.v_{voiture}$

Vous précisez que $v_{cycliste}>v_{voiture}$ , ce qui semble raisonnable si l’on considère que $m_{cycliste}

Dans ce cas il est clair qu’en élevant les vitesses au carré pour obtenir des , on va multiplier le côté “cycliste” de l’équation par un nombre plus grand que le côté “voiture” et obtenir

$m_{cycliste}.v_{cycliste}^2/2 > m_{voiture}.v_{voiture}^2/2$

Si la masse d'une étoile n'augmente pas lorsqu'elle s'effondre sur elle même, c'est la densité de la matière et non sa masse totale qui courbe l'espace temps et crée un trou noir ?

Mon, 09 Dec 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

La dépend de la masse de l’astre ET de son rayon.

Avant qu’une étoile de quelques masses solaires ne s’effondre, son rayon est plus grand que le , qui ne dépend que de la masse. Il faut que toute la masse “entre” à l’intérieur du rayon de Schwarzschild.

Prenons le Soleil, pas assez massif pour devenir un trou noir, mais imaginons…

Il a un rayon de 695 510 km, à la surface duquel la vitesse de libération est de 617 km/s

Le rayon de Schwarzschild correspondant à une masse solaire est de 3 km seulement. Même avec une densité du de 150, la masse à l’intérieur de ce rayon est beaucoup trop faible.

Pour qu’il devienne un trou noir, il faudrait que la masse du Soleil s’effondre totalement à l’intérieur de ces 3km.

Quand le Soleil deviendra une de la taille approximative de la Terre, en supposant que sa masse n’ai pas beaucoup diminué lors de la phase géante rouge, la vitesse de libération à sa surface sera de 6473 km/s, 2% de la vitesse de la lumière. Pas mal, mais très loin du trou noir.

Il faut vraiment que la matière soit totalement dégénérée, de la purée de quarks pour obtenir un trou noir stellaire.

Ou alors des masses énormes, des millions de masses solaires comme dans les trous noirs supermassifs, dont on ne sait encore pas trop comment ils se sont formés.

Notes de bas de page

Une masse négative peut-elle exister ?

Thu, 05 Dec 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Mathématiquement il n’y a aucun problème : on écrit “- 1kg” et voilà.

Physiquement, on a jamais rien vu qui ressemble même à la masse d’un neutrino de .

Et c’est très dommage, parce qu’on pourrait faire des tas de trucs marrants avec, comme l’antigravité, des objets qui accélèrent sous l’effet du frottement ou des fusées sans carburant…

C’est pas pour rien que la physique est une “science dure” : elle ne fait pas de cadeau.

Pourquoi recevoir une balle de pistolet de 30g envoyé à 800km/h ne fait elle pas les mêmes blessures qu’un boulet de 3kg envoyé à 8km/h ?

Tue, 22 Oct 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

L’ d’un objet est $E=m.v^2 / 2$

vous voyez le petit 2 ? il signifie “au carré” : l’énergie augmente comme le carré de la vitesse. Quand vous augmentez la vitesse d’un facteur 100, l’énergie augmente d’un facteur 100x100 = 10'000.

Donc votre balle a en fait une énergie 100x supérieure à votre boulet, et c’est cette énergie qui se dissipe dans votre corps en faisant mal:

$E_{balle} = 30 \times 800^2 / 2 = 9'600'000$

$E_{boulet} = 3000 \times 8^2 / 2 = 96'000$

(bon, pour bien faire il y aurait tout fallu mettre en unités SI, kg et m/s, et on aurait obtenu l’énergie en Joule, mais c’est pour expliquer…)

Imaginer une cage avec des oiseaux sur une balance. Lorsque les oiseaux volent, est-ce que le poids diminue ?

Mon, 07 Oct 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Rien ne vaut l’expérience.

ce que vous voyez sous vos yeux ébahis, c’est que le “poids” ne diminue pas, il augmente !

Du moins à chaque battement d’aile de l’oiseau : pour voler l’oiseau doit pousser de l’air vers le bas, ce qui appuie sur la bas de la cage autant que son propre poids.

sources:

.
video complète:

Pourquoi la masse du neutrino est-elle si importante ?

Mon, 07 Oct 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Dans le , la théorie actuellement acceptée pour décrire le comportement des particules élémentaires, les neutrinos n’ont pas de masse. Les expériences visant à mesurer une éventuelle masse ont de fait toutes échoué*, en accord avec le modèle standard.

Cependant les équations de l’ prédisent que si et seulement si les neutrinos ont une masse, alors un phénomène d’oscillation entre les différentes doit se produire lors de leur propagation. Or ces oscillations ont effectivement été observées, ce qui constitue une brèche dans le modèle standard.

On a donc une contradiction entre deux théories : si le neutrino n’a pas de masse alors il faut comprendre pourquoi il oscille quand même, et si il a une masse il faut comprendre pourquoi le modèle standard prédit qu’il n’en a pas.

Les expériences récentes comme ont permis de réduire l’estimation maximum de la masse du neutrino, mais pas la minimum : on ne sait toujours pas si il a une masse extrêmement faible ou pas de masse du tout.

Note* : donc je trouve le terme “échoué” de la Wikipédia un peu fort et “en accord avec le modèle standard” laisse supposer que la masse serait nulle alors qu’on en sait rien.

Quelle masse ferait une sphère de Dyson ?

Fri, 06 Sep 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Dyson avait pensé à une coquille d’acier de 2 à 3 mètres épaisseur au niveau de l’orbite terrestre, ce qui donne environ la masse de Jupiter, 2 × 10^27 kg.

Mais:

Papagiannis (1985) a démontré par le calcul qu’une coquille sphérique rigide ne peut être construite, compte tenu de la force gravitationnelle, de la pression des rayonnements solaires et des effets centripètes ( )

C’est pourquoi est plus vraisemblable, quoi qu’il faille trouver un gros gisement d’ quand même… Mais le résultat vaut le coup, non ? :

Si une masse de 1 kg est éjecté de l attraction terrestre a la vitesse de 30000km/h quelle accélération maximum pourrait elle atteindre dans le cosmos ?

Sun, 18 Aug 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

30'000 km/h (8.3 km/s) est inférieure à la de la Terre qui est de 40'320 km/h (11.2 km/s) : votre kilo n’est pas “éjecté de l’attraction terrestre”. Il retombe sur Terre, ou se met éventuellement en orbite.

Pour le lancer “dans le cosmos”, il faut une vitesse de 42 km/s, soit 151'200 km/h, qui est la vitesse de libération du Soleil à partir de l’orbite terrestre. Ou le lancer un peu moins vite et utiliser l’ de Jupiter et/ou Saturne pour passer au dessus de la vitesse de libération du Soleil au niveau de leurs orbites.

C’est ce qu’on fait les sondes Voyager 1 et 2 qui ne sont pas encore sorties de l’attraction du Soleil, mais s’en éloignent encore à environ 60'000km/h

Un astronaute d'Apollo 15 a lâché une plume et un marteau. Comment auraient-ils pu tomber tous les deux simultanément s'ils ont des masses différentes ?

Sat, 17 Aug 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Galilée aurait déjà fait l’expérience en 1602 en lâchant du haut de la tour de Pise deux sphères de même diamètre mais de masses différentes (une pleine et une vide)

La gravitation exerce une force proportionnelle à la masse de chacune, mais l’accélération est égale à a=F/m, donc inversement proportionnelle à la masse.

Résultat des courses : accélération identique pour les deux. a=g=9.81 m/s2 pour n’importe quel objet proche de la surface de la Terre, ou 1.62 m/s2 sur la Lune, bien pratique pour l’effet ralenti.

(j’ai enlevé votre “je ne nie pas la science /physique” car c’est une très bonne question qui démontre votre curiosité, c’est très bien, pas la peine de vous excuser)

Comment pèse-t-on la terre sans balance ?

Thu, 15 Aug 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

Historiquement on a utilisé 3 méthodes pour déterminer la :

La troisième loi de Kepler permet d’évaluer la masse d’un corps central en connaissant la distance et la période de révolution d’un satellite. Pour la Terre, on a utilisé la Lune. Cette méthode a aussi permis de déterminer la masse de Jupiter, du Soleil, des étoiles autour desquelles on observé des exoplanètes actuellement.
Des pendules. La période d’oscillation d’un pendule dépend de g (9.81 m/s) donc de la masse de la planète
Aujourd’hui on divise la GM par la G. Sa valeur est estimée à 5,9722 × 10^24 . La précision de cette valeur est limitée par celle de G, le produit GM pouvant être déduit des mesures de avec une bien supérieure.

Comme toutes les particles subatomiques sont aussi des ondes (sans masse), comment ce fait il que seulement les photons peuvent atteindre la vitesse de la lumiere ?

Mon, 12 Aug 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

Non, la plupart des particules du ont une masse au repos, ce qui signifie qu’elles peuvent être “au repos”, donc avoir une vitesse nulle par rapport à un observateur.

Les photons, mais aussi les gluons et les gravitons s’ils existent (sinon les ondes gravitationnelles feront l’affaire) ont tous une masse nulle et dès lors ils sont condamnés à se propager à c dans le vide. Ce n’est pas qu’ils “atteignent” cette vitesse, mais qu’ils ne peuvent pas exister à une autre vitesse (dans le vide)

L'attraction terrestre attire-t-elle toutes sortes de matériaux avec la même force ?

Sun, 07 Jul 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

Oui, seule la masse compte. La dit que la force exercée sur le corps $B$ par le corps $A$ est donnée par :

$F_{A/B}=F_{B/A}=G{\frac {M_{A}M_{B}}{d^{2}}}$

$M_{A}$ et $M_{B}$ en kilogramme (kg); d en mètre (m); $F_{A/B}$ et $F_{B/A}$ en newton (N)

où G est la .

On voit que la force est proportionnelle à la masse du corps A (la Terre en l’occurrence) et à celle du corps B.

Vous allez donc immédiatement demander : mais alors pourquoi un objet d’une tonne tombe avec la même vitesse qu’un objet d’un kilo ?

Et ben c’est parce que la force ci-dessus fait accélérer l’objet B, et que son accélération a est proportionnelle à la force, mais inversément proportionnelle à sa masse, appellée dans ce contexte.

Donc la force sur la tonne est 1000x plus forte que sur le kilo, mais comme le kilo accélère “1000x plus facilement”, ils tombent tous les deux avec exactement la même accélération, qui sur Terre vaut les fameux $g=9.81 m/s^2$

voir aussi

Que se passerait-il si la masse grave et la masse inertielle n'avaient pas les mêmes valeurs ?

Mon, 01 Jul 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

Si le “faible” était réfuté, ça réfuterait aussi le principe “fort” de la relativité, donc la relativité tout court, et même tous nos modèles de gravitation depuis le principe de Galilée car des objets de masse différente tomberaient à des vitesses différentes.

Par exemple la Lune devrait “tomber” vers le Soleil moins vite que la Terre. Cet “ " a été testé avec les et d’autres méthodes astronomiques ultra précises (~10^-14 actuellement) et infirmé : le principe d’équivalence tient.

Comment une particule peut-elle avoir une masse nulle ?

Wed, 15 May 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

Excellente question. J’en ai une autre : “Comment une particule peut-elle avoir une masse non nulle ?”

Je vous propose de commencer par celle-là en partant du , qui a une masse de$1,672649×10^{-27}$ kg, qu’on préfère écrire 938,272

Bon ok, le proton n’est pas vraiment une particule du car il est composé de 2 “up” de masse 2,01 chacun, et d’un quark “down” de masse 4,79 .

Masse totale des 3 quarks : 8,81 . Vous voyez le problème ? ça ne fait même pas 1% de la masse du proton. Les 99% de la masse du proton proviennent des qui lient les 3 quarks ensemble. Re-problème : la masse d’un gluon vaut… zéro. Nada. Que dalle.

C’est le grand Albert qui nous a sorti du pétrin en disant que la masse et l’énergie, c’était , donc que c’est l’énergie des gluons qui se manifeste sous forme de masse quand ils sont confinés dans un proton.

Le monde à notre échelle et l’intuition qui va avec nous pousse à penser que la masse est une caractéristique fondamentale de tout ce qui existe. Ce n’est de loin pas le cas. 99% de la masse de ce qui nous entoure provient de particules qui n’ont pas de masse…

Seules certaines particules comme les quarks ont une partie de leur énergie sous forme de . Elle provient de leur interaction avec le , alors que d’autres (le photon, le gluon, et ) n’interagissent pas (ou très peu) avec ce champ. Les particules de masse nulle ont d’autres caractéristiques proportionnelles à leur énergie, comme la . Pour le gluon, on ne sait pas encore quelle est cette caractéristique. La trouver est un des objets de l’étude du au CERN.

Si la masse est de l'énergie et vice versa, peut-on compacter de l'énergie en matière ? Quels seraient les effets sur l'environnement proche ?

Sat, 04 May 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

, c’est juste un nombre qui traduit une propriété fondamentale de l’Univers : la symétrie par translation dans le temps

On sait convertir de la masse en particules à haute énergie (énergie nucléaire etc.) et on sait faire l’inverse aussi dans les accélérateurs de particules, qui produisent des particules plus massives que celles (au repos) qui entrent en collision.

Il faut une énergie tellement colossale pour produire quelques petites particules de rien du tout que c’est hors de notre portée.

Mais c’est exactement ce qui arrive lors des supernova qui produisent des éléments plus lourds que le fer en quantité astronomique : une partie de l’énergie de l’explosion augmente la masse des atomes produits.

Notes de bas de page

Comment un trou noir peut-il avoir une densité infinie ? Cela ne signifie-t-il pas qu’il contient également une masse infinie et une matière infinie ?

Mon, 15 Apr 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

La densité d’un trou noir vu de l’extérieur est celle de son horizon des événements et n’est jamais infinie, elle peut même être étonnamment faible .

a une masse de l’ordre de 6,5 × 10^{9 masses solaires , soit 1.3× 10}40 kg et un rayon de 19 milliards de kilomètres, soit un volume de 2.9× 10^{40 m}3 : sa densité est donc de 0.45, inférieure à celle de l’eau !

La densité éventuelle de ce qu’il y a à l’intérieur du trou noir:

est totalement inconnue (voir le dernier paragraphe)
on ne sait même pas si la question a un sens. Selon qui me semble avoir des bases fort intéressantes , la question n’a pas de sens.
on s’en fiche. Rien de ce qu’il pourrait éventuellement avoir à l’intérieur de l’horizon ne peut nous influencer en quoi que ce soit, et il n’existe aucun moyen de vérifier quelque théorie que ce soit.

Cela dit, mathématiquement une densité infinie n’a pas besoin d’une “matière infinie” : il suffirait que toute la masse soit concentrée en un seul point. Mais on a aucune idée d’un tel état de la matière, ni même si la notion de “masse” a encore un sens dans ce contexte.

Pour rappel , les protons et les neutrons qui composent 99.999% de la masse d’une étoile sont chacun composés de 3 quarks qui n’ont qu’1% de la masse des protons et neutrons, le reste étant formé de l’énergie de liaison des qui les lient, et qui ont une masse au repos nulle. Aucune théorie à ma connaissance ne dit comment la masse se conserve lors de l’effondrement en trou noir (à part le principe holographique).

Notes de bas de page

Les objets ne tombent-ils pas plus vite parce qu'ils exercent leur propre gravité ?

Wed, 20 Mar 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

C’est mal formulé, mais oui, et non, et re-oui.

Oui parce que si un objet n’a pas de masse, il ne tombe pas (en tout cas selon Newton) car la force de gravitation est proportionnelle au produit de la masse des deux corps.

Non, parce que c’est la force F qui est proportionnelle aux masses, et que selon Newton toujours, l’accélération d’un corps sous l’effet d’une force est inversément proportionnel à sa masse m (F = m.a implique que a = F/m)

Donc tous les (petits) corps tombent vers un gros de masse M avec la même accélération. Sur Terre, c’est la fameuse g=9.81 m/s^2.

Maintenant, si on veut être précis ou que le corps qui tombe a une masse m qui n’est pas négligeable comparé à M, il faudrait aussi tenir compte du déplacement du corps de masse M (la Terre) vers celui de masse m (le caillou) sous l’effet de la même force F, mais en sens inverse.

De ce point de vue, c’est de nouveau oui : le gros objet tombe plus vite que le petit parce qu’il attire la Terre vers lui.