En chimie, tout est affaire d’affinité

Non pas entre l’étudiant et la matière mais entre les éléments. Voyons cela en image.

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Le Néon, Ne, est un gaz noble que l’on trouve tout au bout de la classification périodique. Sa couche électronique externe étant pleine, il n’est attiré par aucun autre élément, pas même un bogoss Hydrogène.

Par contre un atome de carbone doit échanger quatre électrons avec d’autres atomes pour stabiliser ses couches électroniques. Il peut ainsi attirer 4 atomes d’Hydrogène et former le méthane.

Le Chlorure de Sodium est toujours de la fête. Sans lui, la vie est un peu terne, manquant de sel. Ce qui les attire ? Une attraction électrique irrépressible. Le chlorure, Cl, est un anion, chargé négativement et le sodium, Na, un cation chargé positivement. Comme deux charges opposés s’attirent rien ne semble pouvoir les séparer. A moins que la fée électricité n’y mette son grain de sel…

Les atomes d’oxygène, O, à qui il manque 2 électrons pour se stabiliser peuvent échanger des électrons entre eux de sorte à former le dioxygène. C’est aussi le cas du diazote. Ce sont les deux composants majeurs de l’atmosphère. Mais que deux molécules de dihydrogène passe par là et la réaction entre les deux est explosive. Tellement explosive que c’est le principe utilisé pour faire décoller les fusées. Et qu’obtient-on ? De l’eau tout simplement.

D’ailleurs, à propos d’eau, ne vous avisez pas à lui présenter des atomes de potassium sous forme métallique, ça finit toujours mal entre eux deux ! Le potassium est capable de briser les liaisons entre l’oxygène et l’hydrogène, produisant du dihydrogène. Capable à son tour de réagir avec l’oxygène de l’air. La preuve en image :

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Des explosions sous l’eau filmées au ralenti

Une vidéo trouvée sur New Scientist TV :

Des explosions sous-marines au ralenti

Une explosion est un brusque changement d’état de la matière : le passage de l’état solide à l’état gazeux. Un gaz occupe un espace environ mille fois supérieur à celui du solide : 1 litre d’eau solide occupe plus de 1000 Litres à l’état gazeux. Ainsi, lors d’une explosion, la matière initialement solide détruit son environnement pour occuper l’espace nécessaire à son expansion. Sous l’eau, on peut voir ce gaz repousser l’eau. Dans cette vidéo enregistrée par Adrien Benusiglio et ses collègues de l’ESPCI ParisTech, on voit dans un premier temps l’explosion créer un trou à la surface de l’eau avant que celle-ci le repousse, créant un jet. Dans un tube de verre, l’explosion crée une cavité qui se propage le long du tube sans le détruire…sauf quand l’explosion est vraiment très forte.

Cette vidéo sera présentée à la convention de l’American Physical Society, à San diego à la fin du mois prochain. Quand on vous dit que la science est fun !

En direct de la stratosphère

Aujourd’hui, Dimanche 14 Octobre 2012, Felix Baumgartner a battu le record de Joseph Kittinger. Résumé de la journée.

EDIT : 19h18: altitude 31 000 m dépassée, Baumgartner est monté plus haut que Kittinger en 1960.
EDIT : 19h32 : altitude 32 800 m dépassée, Felix est l’homme qui est monté le plus haut en ballon.
EDIT : 19h50 : altitude 39 000 m atteinte. La décision de sauter a été prise.
EDIT : 20h16 : Felix vient de toucher le sol après 5 minutes de chute dont 4min10 en chute libre.

La vidéo du saut proprement dit :

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Une vidéo mise en ligne le 15/10/12 caméra HD, quelques vues de la caméra sur le ventre de Félix – vaut le détour :

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Le saut vu par Felix – mise en ligne le 18/10/12 :

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Une nouvelle vidéo du saut – mise en ligne le 31/12/14 :

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Le résumé de la BCC sur tuxboard.com

Au fait, à quoi ça sert tout ça ? Voici la question que beaucoup de personnes me posent ces derniers temps. A l’époque de Kittinger il s’agissait d’un test des combinaisons pressurisées utilisées par les pilotes dont les avions volaient de plus en plus haut. Et aujourd’hui ? Au-delà du coup de pub pour RedBull, il y a bien sûr l’aventure humaine mais cela ne suffit pas à financer tout cela. De nombreux spécialistes et entreprises sont impliqués dans l’aventure. C’est le saut de tous les records. Il y a l’entreprise qui fabrique la combinaison -un des sous-traitant de la nasa- qui ainsi fera la démonstration que sa combinaison peut subir des conditions extrêmes. Le ballon sera le plus gros jamais lancé. En physiologie extrême, c’est la première fois qu’un être humain va dépasser le mur du son sans avion. C’est aussi la première fois qu’un être humain va se retrouver à une telle altitude. Lors du retour sur terre des missions spatiales, les spationautes sont dans une coque protectrice qui les protège de l’échauffement du aux frottements de l’atmosphère. Sans oublier la météo, c’est l’occasion d’acquérir de nouvelles données sur la stratosphère.

1 : montgolfière classique // 3 : le ballon du record de Kittinger // 5 : le ballon du record de Baumgartner

En chute libre depuis 36 500 km

Felix Baumgartner le 15 mars 2012 a 21 800 m d’altitude.

Felix Baumgartner et son équipe espère réussir un pari fou : se lancer de 36 500 m d’altitude à partir d’un ballon stratosphérique. A cette altitude, l’atmosphère est tellement raréfiée que dans la première phase de sa chute, rien ne s’opposera à l’accélération gravitationnelle. Il espère ainsi être le premier homme à dépasser la vitesse du son dans l’air lors d’une simple chute libre : plus de 300 m/s à 30 500 m d’altitude soit plus de 1000 km/h. Le 9 Octobre 2013 à 11h42, heure locale, alors que Felix était dans la capsule et que le ballon était quasiment totalement gonflé, une rafale de vent a obligé l’équipe a annuler le lancement du ballon sonde. L’enveloppe du ballon en polyéthylène est tellement fine (0,020 mm) qu’un vent supérieur à 3 km/h pourrait la déchirer. Joseph Kittinger reste donc le détenteur du record puisqu’en 1960, il a fait un saut en chute libre depuis plus de 31 km d’altitude, atteignant 988 km/h :

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Le saut n’est pas sans risque, le Colonel soviétique Dolgov a tenté en 1962 de battre le record de Kittinger en sautant de 28 640 m. Malheureusement sa combinaison pressurisée n’a pas tenu et il est mort avant d’atteindre le sol. En 1960, déjà, Kittinger avait du faire face à une fuite dans le gant de sa combinaison qui avait provoquer un gonflement de sa main droite, celle-ci atteignant le double de sa taille normale !

Ce saut est un grand classique des sujets de bac ancienne génération : voir par exemple le grand saut sur labolycee. Je parie que dans les 10 années à venir, le saut de Félix, s’il réussit, sera traité dans un sujet de bac.

Après l’échec du 9 OCtobren l’équipe de Félix étudie la situation pour trouver une nouvelle date de lancement. Non seulement le vent au sol doit être très faible, mais il faut en plus qu’il n’y ait pas de turbulence entre la troposhpère et la stratosphère afin que Félix puisse atteindre l’altitude désirée. La température de l’air ne doit pas être trop élevée pour que la vitesse du son soit suffisamment basse et que Félix puisse l’atteindre en chute libre. Battre un record c’est tout un art. Je vous tiendrais au courant dès que j’en sais plus.

EDIT 10 Octobre, 22 h : L’équipe météo préconise dimanche ou lundi pour la prochaine tentative.

Morts vs vivants qui sont les gagnants ?

Si tous les morts revenaient à la vie, y aurait-il plus de vivants que de morts ?

Avec plus de 7 milliards de personnes vivants sur terre actuellement alors que nous n’étions que 2,5 milliards en 1950, on peut se demander si le nombre de vivants actuels dépasse le nombre de morts. Dans les années 1970, certains ont affirmé que 75 % de toutes les personnes qui sont nées un jour sur terre était toujours vivantes.

Mais les études du bureau des population de Washington contredisent complètement cette affirmation. En effet, selon une étude réactualisée en 2011, le nombre total de personne ayant vécu sur la terre est de 108 milliards. Ce chiffre peut surprendre mais tout vient de la période qui s’étale de 8000 ans avant JC à 1650 durant laquelle plus de 84 milliards d’êtres humains sont nés et morts sur la terre. Le nombre de personnes actuellement vivante représente donc seulement 6,5 % de l’ensemble des personnes née un jour sur terre.

Dit autrement :

Morts : 100 milliards – Vivants : 7 milliards

T’as encore du boulot, Rick…


Learn the total number of people who have ever lived on Earth, in today's GoFigure infographic.
Source:LiveScience

Quel est le rapport avec la physique ? Aucun pourquoi ?

La science nous explique [enfin] comment ne pas renverser son café en marchant !

CREDIT: H.C. Mayer and R. Krechetnikov

Vous êtes vous déjà demandé pourquoi il était si dur de marcher avec une tasse de café (ou de tout autre liquide) sans en renverser ? Et surtout, comment remédier à ce problème aussi universel que celui de la tartine qui tombe toujours du côté de la confiture ?

Une équipe de chercheurs en physique des fluides de l’université de Californie à Santa Barbara s’est aussi posé ces questions et voici quelques éléments de leurs réponses.

Tout d’abord, quelle est l’origine du problème ? Lors du déplacement de la tasse, un mouvement de balancier est créé à la surface du café et une vague se forme. Celle-ci rebondit régulièrement sur les parois de la tasse et le mouvement périodique de cette dernière créé par le marcheur a tendance à amplifier cette vague, de sorte qu’elle finit par passer par dessus bord et « Aïe, ça brûle ! ». Ce phénomène intervient généralement entre le septième et le dixième pas. Mais attendez, une minute : des oscillations libre à la surface et une excitations par le mouvement du marcheur, « c’est de la résonance, m’sieur ! ». Tout à fait, cher élève de terminale S, vous avez bien compris votre cours : la résonance a une fois de plus frappé (voir quelques vidéos de résonance pour vous rafraîchir la mémoire).

CREDIT: H.C. Mayer and R. Krechetnikov

Bien, nous avons compris l’origine du problème, maintenant comment y remédier ? Plusieurs solutions sont préconisées par l’équipe de l’université de Santa Barbara :

  • Marchez doucement : les buveurs de café ont tendance à accélérer pour atteindre plus rapidement leur destination, espérant prendre de cours la maudite vague sauteuse de bord de tasse à café. Bien mal leur en prend, il a, en effet, été scientifiquement prouvé que plus on cherche à marcher vite, plus on se rapproche de la fréquence propre du mouvement du café ce qui a pour conséquence d’amplifier la vague.
  • Regardez la tasse, pas vos pieds : les chercheurs ont trouvé que les participants volontaires à l’expérience renversait plus souvent du café lorsqu’il regardait leur pied que la tasse. L’explication est la suivant : en regardant la tasse, le marcheur a tendance à ralentir, de plus, il réduit naturellement les vaguelettes créées par son mouvement (en physique des fluides, on dit qu’il réduit le bruit de fond). A ce point de l’étude, j’aimerais ajouter ma propre expérience que les chercheurs n’ont pas envisagé. Il me semble que l’on renverse encore moins de café en regardant au loin plutôt que sa tasse. C’est un résultat fondée sur l’expérience d’un seul et donc sujet à caution… Je vous invite, cher lecteur, à confirmer ou infirmer ce point, fort de votre propre expérience.
  • Accélérez graduellement : en démarrant brusquement, une grosse vague est créée et c’est celle-ci qui finira par passer par-dessus bord.

Mais la meilleure solutions selon les auteurs serait de changer la forme des tasse à café, en s’inspirant des réservoirs de carburant anti-sloshing (ballottement) des missiles. Deux solutions sont proposées : mettre des parois souples aux tasse à café ou placer une série d’anneaux à l’intérieur des parois de la tasse, avec une forme calculée pour absorber certaines fréquences dans le mouvement du liquide.

Au fait, vous ne me croyez pas que des chercheurs ont réellement fait cette étude ? Et bien, amis anglophones, la voici, dans sa version originale. Toutes les images illustrant cet article sont tirées de l’article original.

Mise en ligne de « de la physique… »

http://www.dailymotion.com/video/xhx23d

Plus de 2 ans de travail, une équipe de plus de 70 personnes, 80 minutes d’animations pédagogiques de physique. Ok, c’est pas le dernier pixar, mais quand même…

Au final, un court-métrage de 7min30 basé sur 20 notions de physique. Saurez-vous toutes les trouver en cliquant au bon moment ? A vous de voir sur www.delaphysique.com

Centrale nucléaire = Bombe ?

Au cœur d’une centrale nucléaire, c’est l’énergie de l’atome qui est libérée, comme dans une bombe. Cependant, il existe des différences d’ordre technologique telles qu’il est absolument impossible qu’une centrale explose comme une bombe. La preuve par l’image :

http://www.dailymotion.com/video/xhlsdw

Le problème avec une centrale nucléaire est la production de matériaux radioactifs ayant des conséquences dramatiques sur les organismes vivants (voir les effets biologiques de la radioactivité à court terme et à long terme). Dans une centrale, ces matériaux sont confinés dans « l’enceinte de confinement ». Les réactions nucléaires ont lieu dans l’eau, qui ralentit les neutrons et refroidit le cœur de la centrale.

Au Japon, le séisme et le tsunami qui a suivi ont endommagé les pompes qui permettent de refroidir le cœur. La production de chaleur est alors maximale et la température peut se mettre à grimper très haut de sorte à volatiliser les matériaux qui forment le cœur de la centrale. De grandes quantités de gaz sont alors relâchées dans l’enceinte de confinement et la pression se met à grimper. Parmi tous ces gaz, certains sont très réactifs avec l’oxygène de l’air, comme le dihydrogène. C’est la raison pour laquelle en cas d’incident, on peut observer des explosions, mais celles-ci sont d’ordre chimique, pas nucléaire. Lors de ces explosions, l’intégrité de l’enceinte de confinement peut être endommagée, ce qui induit la libération de matériaux radioactifs dans l’environnement de la centrale. Ce scénario catastrophe bien connu des spécialistes est celui qui a lieu en ce moment même dans la centrale Japonaise de Fukushima-Daiichi.

Remarque : la vidéo de cet article est extraite d’un site publié par LeWebPédagogique qui sera mis en ligne le 21 Mars (voir la bande annonce). L’animation pour comprendre le fonctionnement d’une centrale est diffusée par l’université du Colorado.