La Physique et ses Applications

Mr:Arbaoui,Bachir

Qu’est ce que la physique ?

La physique est l’étude de la matière en interaction et en changement permanent.

Molécule d’eau Molécule de glucose Molécule d’ADN

Une vision atomique

La matière palpable est faites d’atomes.

Elle adopte des comportements mécaniques – thermiques – électriques – magnétiques – acoustiques – optiques…

On peut comprendre tous les phénomènes naturels dans le contexte d’atomes.

La physique qui est la science de la nature la plus fondamentale s’occupe de la composition de la matière, sa structure, sa forme, son annihilation et son mouvement, de la lumière et du son, des atomes et des molécules, de la fusion et de la fission.

Le but de la physique est de comprendre les événements naturels, dont nous sommes une partie prenante, de comprendre l’Univers: qu’est- ce qu’il est, comment il fonctionne, et pourquoi il existe.

La matière est constituée de particules élémentaires en

interaction

Tout dans l'univers est gouverné par quatre forces fondamentales

la gravitation, (qui maintient la terre sur son orbite autour du soleil)

la force électromagnétique, (qui permet au courant de passer dans un fil )

la force d'interaction faible, (désintégration radioactive)

la force d'interaction forte. (elle est responsable de la cohésion du noyau)

Les quatre forces fondamentales

Origine de la matière

et des objets qui nous entourent

L’Univers est fait de galaxies ( environ cent millions)

L’Univers

Notre univers jusqu’à présent parait avoir 14 milliards années.

Les galaxies sont faites d’étoiles, de planètes, de poussières, …

Galaxies

Notre galaxie

Cœur de la Voie lactée vu en infrarouge par le télescope

Notre galaxie appelée voie lactée contient 100 milliards d’étoiles

Le système solaire

Notre système solaire est un système planétaire composé d’une étoile qui est le soleil et des corps célestes gravitant autour de lui. On compte 8 planètes avec leurs 165 satellites naturels, les 5 planètes naines et des milliard de petits corps (astéroïdes, comètes, météorites, poussière interplanétaire…

Schéma de la ceinture d'astéroïdes et des astéroïdes troyens

M = 5,98×1024 kg

Composition: Fer 32.1 %

Oxygènes 30.1 %

Silicium 15.1 %

Magnésium 19.9 %

Soufre 2.9 %

Nickel 1.8 %

Calcium 1.5 %

Aluminium 1.4 %

Métaux

Plastiques

Bois

L’argile

L’interaction entre les atomes et leur disposition dans l’espace, Permettent d’obtenir différent matériaux naturels et synthétiques.

Charbon et diamant tous deux constitués de d’atomes de

carbone seulement.

Cubique à face centréeForme rhomboédrique structure lamellaire

Le charbon et le diamant sont tous les 2 faits d'atomes de carbone qui forment,selon les liaisons qu'ils établissent entre eux, des réseaux. Le réseau du charbon n'est pas le même que celui du diamant. Pour qu'il le devienne, il faut que le charbon soit enfoui à une grande profondeur ( plus de 100km) où l'augmentation de pression oblige peu à peu les atomes de carbone à modifier les liaisons qu'ils établissent entre eux ce qui transforme peu à peu le charbon en diamant.L'enfouissement se fait notamment dans les zones de subduction, càd là où la lithosphère océanique s'enfonce dans l'asthénosphère. Bien plus tard ces roches peuvent se retrouver en surface (ou pas loin... les mines) car après la subduction il y a une phase de collision: une fois l'océan fermé les continents qui étaient de chaque côté se percutent ce qui forme une chaîne de montagnes et celle-ci s'érode au fil du temps ce qui permet à sa racine (où sont les diamants) de remonter près de la surface, il n'y a plus qu'à creuser....Remarques:1-on sait faire cela en labo et donc créer des diamants artificiels appelés zircons.2- le diamant naturel n'est pas éternel car sa remontée vers la surface diminue la pression à laquelle sont soumis ses atomes.... configuration qui redeviendra celle du charbon!...eh oui mais cela prend des centaines de millions d'années (dans un sens comme dans l'autre d'ailleurs).

La formation du diamant à partir du charbon

Ces molécules organiques liées les unes aux autres permettent d’obtenir de très grandes molécules, qui, donnent lieu à différent matériaux appelés polymères.

Le poly-para-phénylène téréphtalamide, plus connu sous le nom déposé de Kevlar, est une fibre d'aramide découverte et

fabriquée par la firme Dupont de Nemours.

Un exemple intéressant: Le Kevlar

Des propriétés étonnantes

Le Kevlar est une fibre synthétique présentant d'exceptionnelles qualités de résistance à la traction et à l'élongation.

Parmi l’ensemble des matériaux connus, seuls la toile d'araignée (qui est trois fois plus résistante) et les nanotubes surpassent ce polymère.

Il a pour autres qualités sa faible densité, sa capacité d’absorption des vibrations et son excellente résistance aux chocs.

Sa rigidité est supérieure à celle de l'acier. Par ailleurs, ce matériau se caractérise par une dilatation thermique nulle et un bon comportement

chimique vis-à-vis des carburants.

En contrepartie, le kevlar résiste mal aux rayons UV et aux fortes températures (il se décompose à 400°C) et est difficile à usiner.

Applications

Ce polymère est utilisé dans de nombreux domaines pour sa tolérance élevée aux chocs et à l'usure : - industrie aéronautique et aérospatiale

- Automobile de compétition - industrie textile : renfort de vêtements et voiles de bateau

- matériel sportif : snowboard, ski, escrime, raquettes ou cordage.

Il existe différents types de Kevlar, dont la résistance plus ou moins grande trouve des applications différentes dans l’industrie.

Le kevlar ordinaire est principalement utilisé pour le renforcement des pneus et d'autres caoutchoucs. Le kevlar 29 possède différentes applications industrielles : fabrication de câbles, de casques et de

gilets pare-balle, doublure de freins, renforcement des coques de bateaux. Le kevlar 49, qui présente la plus grande résistance à la traction de tous les aramides, sert au renforcement de coques et à la fabrication de certaines pièces d'avions et de cadres de vélos.

L’être humain

Structure complexe

L’Homme à la recherche de l’Univers

La maitrise des lois de la mécanique permettent de réaliser des choses qui paraissaient impossibles auparavant …

L’œil un organe merveilleux …

Œil simplifié

… dont on peut modéliser à l’aide d’une lentille.

L’arc en ciel, un phénomène qui relève de l’optique aussi.

Des éclairs qui se forme entre le ciel et la Terre, un phénomène qui relève de l’électricité…

La Terre avec ses deux pôles Nord et Sud peut être modélisée en un grand aimant avec ses deux pôles nord et sud aussi…

Les propriétés thermique de la matière

La dilatation, un phénomène thermique important à prendre en considération…