La physique est partout!

La physique est partout!
La physique est partout! [Sergey Nivens - © Fotolia]
Comment un satellite tient-il dans l'espace? Qu'y a-t-il dans un téléphone portable? Comment mesurer le temps? La réponse à toutes ces questions se trouve dans la physique.

Comment un satellite tient-il dans l'espace ?

En réalité, il ne tient pas! Il n'arrête pas de tomber. Pour comprendre cela, voyons comment on procède pour satelliser un objet autour de la terre. Lorsqu'on jette une balle par exemple, elle finit toujours par retomber sur le sol. Cette affirmation serait toujours vraie si la terre était plate. Mais elle est ronde et donc, à une certaine altitude et vitesse, la balle ne ferait que tomber indéfiniment autour de la terre. Il existe une vitesse très particulière qui fait en sorte que l'objet reste toujours à la même distance du sol autour de la terre. C'est la vitesse de satellisation. A 32'000 km de la terre, le satellite a une vitesse égale à la vitesse de rotation de la terre. Il est géostationnaire. C'est-à-dire qu'il reste au-dessus d'un même point au sol.  A 100 km de la terre, la vitesse de satellisation est de 8 km par seconde. C'est tellement rapide qu'il faut seulement 1h30 au satellite pour faire le tour de la terre. La vitesse relative par rapport au sol est de 26'000 km/h et a cette altitude, le satellite reste au-dessus d'un point particulier moins d'une minute.

 

Qu'y a t-il dans un téléphone portable?

Pour comprendre comment on peut transmettre de l'information par les ondes radios, il faut descendre au cœur de la matière, au niveau des atomes. Ceux-ci sont constitués d'un noyau (positif) et d'électrons qui portent une charge électrique négative. Lorsque deux électrons qui possèdent des charges de même signe (-) se rencontrent, ils auront tendance à se repousser, modifiant autour d'eux le champ électrique. C'est cette interaction électrique qui est utilisée pour créer l'information par ondes radios. Lorsqu'on parle dans un téléphone portable, le micro convertit les vibrations de l'air créée par la voix en signal électrique. Ce signal est envoyé sur l'antenne du téléphone qui n'est rien d'autre qu'un fil métallique contenant une ribambelle d'électrons. Lorsque le signal électrique arrive dans l'antenne, les électrons se mettent en mouvement et modifient le champ électrique dans l'environnement de l'antenne. Cette perturbation va se propager; on parle alors d'ondes électromagnétiques. Lorsque cette onde arrive sur une autre antenne, elle met en mouvement ses électrons et amplifie le signal qui, envoyé sur un haut-parleur, permet d'entendre ce qui a été capté par le micro. C'est bon, tu captes?

 

Comment mesurer le temps?

Deux personnes veulent se donner rendez-vous. Comment être sûr qu'elles seront au bon endroit, au bon moment. Pour résoudre ce problème, il faut trouver un phénomène périodique et compter le nombre de fois où il se reproduit. Quoi de plus naturel que de compter le nombre de fois où le soleil se lève, ou le nombre de fois où la lune est pleine. C'est ainsi qu'on a inventé la journée et le mois. Mais comment mesurer une durée inférieure à la journée? En observant le mouvement de l'ombre d'un bâton planté dans le sol et en graduant l'arc balayé par cet outil. Ainsi, on invente le cadran solaire. Mais comment peut-on être sûr que le soleil est bien régulier dans sa course? Il faut trouver un phénomène qui se reproduit plus rapidement que l'alternance jour-nuit. Galilée utilisait son pouls. Mais bien entendu cette méthode n'était pas très précise. Beaucoup plus fiable, le pendule. Un simple poids accroché à un fil fait un aller-retour en une durée qui ne dépend de rien d'autre que la longueur du fil. Arrive ensuite la montre à quartz où les aiguilles sont entraînées par un moteur électrique dont la vitesse de rotation est cadencée par un résonateur à quartz. Celui-ci est un simple échantillon de cristal de quartz taillé pour résonner à une fréquence bien précise. Cette fréquence est utilisée par l'électronique de la montre pour stabiliser la vitesse de rotation du moteur qui entraîne les aiguilles. Cette méthode est suffisamment précise pour donner l'heure mais beaucoup moins que les horloges atomiques. Pour arriver à cette précision, on utilise des atomes de césium133. En les plaçant dans un état excité, la mécanique quantique nous apprend qu'ils reviennent dans leur état de repos en émettant un rayonnement électromagnétique dont la fréquence est parfaitement connue. C'est ce rayonnement qui est utilisé dans les horloges atomiques pour mesurer le temps qui passe.

RTS Découverte

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Publié le 12 octobre 2017 - Modifié le 13 novembre 2017