Physique
La physique est un domaine des sciences naturelles : la science des lois les plus générales de la nature, de la matière, de sa structure, de son mouvement et de ses règles de transformation. La physique est très diversifiée et comprend différentes sections. Nous examinerons trois sections : la mécanique, la thermodynamique et l'électricité et le magnétisme.
MÉCANIQUE
La mécanique que l'on apprend à l'école donne l'impression qu'il s'agit de la partie la plus simple de la physique, qui n'est guère utilisée aujourd'hui. Or, ce n'est pas le cas. La mécanique est très importante pour résoudre les problèmes de navigation, d'orientation et de stabilisation des objets spatiaux.
Il est impossible d'effectuer un amarrage soigné d'un vaisseau cargo-passagers à la Station spatiale internationale sans connaître leur position et leur orientation mutuelles dans l'espace.
Accostage du module ZVEZDA à l'ISS
En outre, il est beaucoup plus difficile d’atteindre des corps célestes dont nous ne recevons pas d’informations télémétriques. La Lune tourne constamment autour de la Terre, possède sa propre force gravitationnelle et une topographie de surface complexe. Il est impossible d’atteindre sa surface, de s’y poser, de prélever des échantillons de sol et de revenir sans avoir effectué des calculs précis, décrits notamment par les lois de la mécanique.
Luna-25 : module de recherche
Les calculs dynamiques étaient exacts, mais l'atterrissage s'est fait en urgence. L'instrument, qui tardait à transmettre les données, est tombé en panne. "Luna 25 avait trop accéléré !
Une autre application plus "terrestre" des lois de la mécanique est la création d'objets numériques en mouvement, par exemple dans les jeux vidéo. Si l'on veut rendre réalistes les mouvements d'un personnage ou d'un animal dans un jeu vidéo, il faut spécifier les lois du mouvement de ces objets, en tenant compte des degrés de liberté possibles de chaque membre.
Ainsi, la mécanique est aujourd'hui un outil important pour le développement de divers systèmes informatiques et d'ingénierie, y compris très complexes dans leur principe de fonctionnement.
THERMODYNAMIQUE
La thermodynamique est une section de la physique qui étudie les propriétés générales des systèmes macroscopiques et les modes de transfert et de transformation de l'énergie dans ces systèmes. Les lois de la thermodynamique sont générales et ne dépendent pas de détails spécifiques de la structure de la matière au niveau atomique.
Les lois de la thermodynamique ont commencé à être utilisées il y a bien longtemps. À l'époque, il ne s'agissait pas de science, mais de sagesse du monde. Environ 2500 ans avant Jésus-Christ, les Égyptiens utilisaient une cruche en argile poreuse pour refroidir les liquides. En raison de processus thermodynamiques dans cette cruche, le liquide qu'elle contenait était plus froid de quelques degrés que la température ambiante.
Dans les régions désertiques d'Asie centrale, il y a environ 1 000 ans, les gens construisaient leurs habitations avec des toits en dôme pour garder la fraîcheur à l'intérieur. Il est peu probable que les habitants de l'époque aient pu en expliquer la raison, mais cela ne les a pas empêchés d'utiliser activement ce "savoir-faire".
La thermodynamique moderne est apparue aux XVIIIe et XIXe siècles comme une science empirique de la conversion de l'énergie interne des corps en travail mécanique. Les recherches dans ce domaine ont permis d'augmenter l'efficacité des machines à vapeur (notamment les locomotives à vapeur).
Depuis lors, les 3 prémices de la thermodynamique ont été formulées :
Le postulat de Kelvin : "Aucun processus circulaire n'est possible dont le seul résultat serait la production de travail par le refroidissement d'un réservoir de chaleur". Postulat de Clausius : "La chaleur ne peut pas passer spontanément d'un corps moins chauffé à un corps plus chauffé.
Cette loi stipule qu'un système thermodynamique isolé évolue spontanément vers un état d'équilibre thermodynamique au fil du temps et qu'il y reste pour une durée indéterminée si les conditions extérieures restent inchangées.
La thermodynamique, étudiée à l'école, vise principalement à résoudre les problèmes liés aux équations d'état d'un gaz idéal soumis à différents processus : isotherme (température constante), isobare (pression constante), isochore (volume constant) et adiabatique (isolé de l'environnement). L'équation d'état d'un gaz idéal, également appelée équation de Clapeyron-Mendeleev, est utilisée. Elle s'écrit pV = υRT , où p est la pression, V le volume, T la température absolue, υ le nombre de moles de gaz et R la constante universelle des gaz.
Technologie moderne
Aujourd'hui, la thermodynamique est largement appliquée dans des domaines scientifiques et technologiques tels que l'énergie, le génie thermique, les transitions de phase, les réactions chimiques, les phénomènes de transport et même les trous noirs. La thermodynamique est importante dans un grand nombre de domaines de la physique et de la chimie, du génie chimique, du génie aérospatial, du génie mécanique, de la biologie cellulaire, du génie biomédical et de la science des matériaux. La thermodynamique a parcouru un long chemin depuis la "sagesse mondaine" des peuples du passé, en passant par la science des machines à vapeur et l'industrialisation.
Aujourd'hui, elle est utilisée pour calculer les systèmes climatiques, les systèmes de refroidissement, les systèmes de survie et la protection des systèmes des engins spatiaux contre le froid de l'espace et la chaleur agressive de l'atmosphère de certaines planètes de notre système solaire.
L'effet Peltier, un effet thermoélectrique
Cryochambres à étudier
Structure de la sonde de recherche Venera-4 de l'URSS.
Systèmes et instruments scientifiques du véhicule de descente Venera-4 :
1 - isolation thermique externe, 2 - cadre de support, 3 - corps, 4 - système de divulgation du radioaltimètre, 5 - échangeur de chaleur, 6 - antenne de communication radio, 7 - antenne du radioaltimètre, 8 - unité du système de contrôle, 9 - accumulateur, 10 - isolation thermique interne, 11 - amortisseur de chocs
MAGNETISME
Le magnétisme, phénomène majestueux qui combine l'électricité et les champs magnétiques, a un impact incroyable sur notre vie, influençant le fonctionnement des appareils, le diagnostic et le traitement des maladies.
De l'Antiquité à la recherche moderne, le magnétisme a été admiré et étudié par les scientifiques et les ingénieurs. Ce phénomène a trouvé des applications pratiques dans un grand nombre de domaines, de la mécanique à la médecine.
L'action des aimants et des électro-aimants, où l'énergie latente actionne des mécanismes et affecte des systèmes biologiques, est devenue un aspect incroyablement important de notre civilisation moderne.
LE MAGNETISME ET LA TECHNOLOGIE MODERNE
Des simples aimants à fixer sur le réfrigérateur aux systèmes magnétiques complexes utilisés dans les appareils de haute technologie et les diagnostics médicaux, le magnétisme reste un élément clé de notre vie quotidienne.
Les aimants sont un élément indispensable de la technologie moderne et des développements innovants.
Des aimants permanents puissants sont utilisés en médecine pour créer des images détaillées des organes internes.
Un aimant industriel soulève la charge
Éléments magnétiques pour le stockage de données : les structures magnétorésistives et à tunnel magnétique sont utilisées dans les disques durs modernes et les mémoires flash pour le stockage de données.
LE LÈVE PLAQUE MAGNÉTIQUE ET LÉVITATION
Les systèmes magnétiques permettent de créer des coussins magnétiques sur lesquels les véhicules légers peuvent se déplacer sans pratiquement aucun frottement, ce qui se traduit par une efficacité et une vitesse accrues.
La technologie de la lévitation magnétique (Maglev) est utilisée pour créer des trains à grande vitesse circulant sur des coussins magnétiques, ce qui permet des trajets incroyablement rapides et fluides.
