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Energie et matière

Energie et matière. m. E = mc 2. c 2. E. =. Yves Schutz, SUBATECH (Nantes) & CERN (Gen è ve).

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Energie et matière

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Presentation Transcript

  1. Energie et matière m E = mc2 c2 E = Yves Schutz, SUBATECH (Nantes) & CERN (Genève)

  2. Les concepts de la physique contemporaine n’ayant, en général, que peu de rapport avec le bon sens commun et s’appuyant sur un langage mathématique ésotérique, les physiciens sont souvent vus par le grand public comme des initiés d’une secte occulte qui éprouvent les plus grandes difficultés à faire part de leurs travaux à leurs contemporains. La physique s’explique simplement et juste avec les mains ...

  3. Masse La masse est une propriété fondamentale de la matière: elle mesure l’inertie Liège Le poids représente la force exercée par l’attraction gravitationnelle de la terre sur la matière (F = m  g) Plomb Un astronaute conserve la même masse sur la lune que sur la terre, mais son poids change : la masse est invariante… Ou presque … la relativité : m = m0 γ À 100 km/h γ = 1,000000000000004

  4. Énergies T. Young 41773-1829 Mécanique Thermique Cinétique Chimique Potentielle L’énergie prend des formes multiples Electrique L’énergie se manifeste à nous lorsqu’elle se transforme d’un type en un autre: l’énergie se conserve Énergie potentielle Énergie cinétique Une quantité phénoménale d’énergie est emprisonnée dans la matière et dans le vide …

  5. Energie et matière E = mc2

  6. Quelles forces assurent sa cohésion De quoi est fait la matière ? Quelle est son origine ?

  7. L’infiniment grand et l’infiniment petit • Une notation raccourcie pour exprimer des valeurs très grandes ou très petites sans aligner les zéros : • La masse de l’atome : 0,00000000000000000000000000166 kg  • La masse de la terre : 5977000000000000000000000 kg  1,66 x 10 - 27 kg 5,977 x 10 24 kg 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  8. 1 0 10+ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  9. 10 1 10+0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  10. 100 2 10+0 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  11. 1000 3 Kilo(K) 10+0 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  12. 10000 4 10+0 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  13. 100000 5 10+0 1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  14. 1000000 6 Mega(M) 10+0 1 2 3 4 5 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  15. 10000000 7 10+0 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  16. 100000000 8 10+0 1 2 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  17. 1000000000 9 Giga(G) 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  18. 10000000000 10 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  19. 100000000000 11 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  20. 1000000000000 12 Tera(T) 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  21. 10000000000000 13 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  22. 100000000000000 14 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  23. 100000000000000000000 20 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 21 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  24. 1000000000000000000000 21 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  25. 10000000000000000000000 22 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  26. 100000000000000000000000 23 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  27. 100000000000000000000000000 26 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  28. 1 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 0 10- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  29. 0,1 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 1 10-0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  30. 0,01 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 2 10-0 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  31. 0,001 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 3 10-0 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Milli(m)

  32. 0,0001 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 4 10-0 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  33. 0,00001 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 5 10-0 1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

  34. 0,000001 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 6 10-0 1 2 3 4 5 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Micro(m)

  35. 0,0000001 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 7 10-0 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15

  36. 0,00000001 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 8 10-0 1 2 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13 14 15

  37. 0,0000000001 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 10

  38. 0,00000000000001 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 14 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 15

  39. 0,000000000000001 10+0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 15 10-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Femto(f)

  40. De quoi est fait la matière ?

  41. Toute matière est constituée à partir de 4 éléments fondamentaux. Air Empedocle 450 av. JC Feu Eau Terre Amour et Haine sont les 2 forces qui unissent et désunissent les 4 éléments.

  42. Première conception atomiste du monde physique Democrite 400 av. JC Eau Fer "... la nature des choses perceptibles consiste en petites particules infinies en nombre ... les particules étant si petites qu'elles nous sont invisibles, et elles se présentent sous une infinité de formes et de tailles. C'est à partir de leur combinaison et de celle des éléments que naissent les corps visibles et perceptibles ..."

  43. La nouvelle conception atomiste du monde physique J. Dalton 1803 Les atomes des différents éléments varient en taille et en masse. A chaque élément correspond un type d’atome propre.

  44. La classification des éléments D. Mendeleev 1869 Les éléments sont classés par ordre croissant de leur masse atomique en allant à la ligne de telle sorte que les atomes ayant des propriétés semblables se trouvent l'un en dessous de l'autre, formant ainsi une famille.

  45. J.J.Thomson 1897 Découverte de l’ électron.L’atome est électriquement neutre. Matière chargée positivement Électrons chargés négativement

  46. Le modèle planétaire Électrons chargés négativement Mnoyau = 2000  Mélectron Noyau chargé positivement E. Rutherford 1911 Angström = 10-10 m 10 Fermi = 10-14 m Un noyau de la taille d’une tête d’épingle verrait ses électrons à 10 m, et la même tête d’épingle de matière nucléaire pèserait autant que 23 fois la Tour Eiffel

  47. L’atome devient quantique Noyau chargé positivement N. Bohr 1913 Orbites quantifiées des électrons

  48. La découverte du neutron + proton J. Chadwick 1932 neutron Les masses du proton et du neutron sont identiques : 1,610-27 kg La densité du noyau est de 230 000 tonnes par mm3 ou … 71016 Joules par mm3 (consommation journalière en France)

  49. Les quarks : composants ultimes de la matière M. Gell-Mann 1961 Deux types de quarks (u & d) avec 3 couleurs différentes

  50. La structure de la matière 10-8 m ADN La matière n’est que du vide (99.999999999999%): Si n,p avaient la taille d’une bille, les e, q seraient plus fins qu’un cheveu et la taille de l’atome serait celle de 30 terrains de football. 10-10 m Atome 10-15 m Quark 10-14 m Noyau

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