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]]>Certains bateaux à moteur ont des vitesses, mais ce sont effectivement des exceptions.
La différence entre un bateau à moteur et une voiture tient essentiellement à la transmission. Dans un bateau, l’arbre moteur actionne une hélice qui repousse l’eau vers l’arrière. C’est par réaction à ce mouvement dirigé vers l’arrière que le bateau va vers l’avant.
Si le moteur et l’hélice sont bien accordés, la puissance sera suffisante pour propulser le bateau, même à très bas régime. S’il s’agit d’un gros bateau, l’accélération peut être assez lente à venir: sur un ferry, voyez l’importance des turbulences à l’arrière, avant même que le bateau n’ait bougé.
Dans une voiture, les roues ne tournent que si la voiture avance – au contraire du ferry -, mais il faut davantage de puissance pour se mettre en mouvement. Comme les moteurs à combustion interne donnent peu de puissance à bas régime, il faut les coupler à une boîte de vitesses, sans quoi le moteur calerait au démarrage. Même quand les roues d’une voiture tournent lentement, le moteur tourne vite. C’est un inconvénient des moteurs à essence que ne présentaient pas les machines à vapeur: les locomotives,dénuées de boîtes de vitesses,avaient une excellente puissance à très bas régime, et un superbe ralenti.
Sur le sable, par exemple, les roues d’une voiture peuvent patiner, et rejeter le sable vers l’arrière, sans que le véhicule n’avance, à l’image du ferry. Mais contrairement à l’eau, le sable ne comble pas de lui-même ses propres trous, de sorte que les roues finissent par s’y enfoncer.
Les bateaux à moteur ont à lutter contre une force de frottement très importante. Typiquement, un bateau à pleine vitesse «traîne» le quart de son poids: cela reviendrait, pour une voiture, à grimper une côte de 25 %. Pour donner la puissance nécessaire, un bateau à moteur doit être constamment en première, et la présence d’autres vitesses n’aiderait guère;
d’éventuels changements de vitesse, en outre, devraient être très rapides, faute de quoi la vitesse chuterait brusquement.
Il est préférable, si l’on veut changer de vitesse sur un bateau, de changer d’hélice; certaines donnent de la vitesse mais peu de puissance, et d’autres ont l’effet inverse. Mais cela compliquerait inutilement la mécanique.
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]]>Vous avez raison: la mouche arrête le train, mais pas tout le train, seulement la petite zone de contact et encore, pas pour très longtemps.
Tout objet, aussi rigide soit-il. a une certaine flexibilité.
Quand le pare-brise du train est heurté par la mouche, il subit un (minuscule) effet de recul. Il y a donc bien un arrêt de cette partie-là du train, malgré la grande rigidité du pare-brise.
La force exercée par la mouche sur le pare-brise est égale à celle qu’exerce le pare-brise sur la mouche – et elle est grande. Appliquée à la minuscule masse de la mouche, elle provoque une accélération intense: la vitesse de la mouche passe de zéro à celle du train pendant le temps nécessaire à la déflexion du pare-brise.
Une fois que la mouche est à la vitesse du train, le pare-brise revient à son emplacement initial. En fait,cela se fait si rapidement que le pare-brise dépasse un peu cette position et se met à vibrer jusqu’à retrouver sa forme normale. Cette vibration génère un son, parfaitement audible chaque fois qu’un insecte heurte le pare-brise.
Ce schéma simple est un peu compliqué par l’écrasement du corps de la mouche et l’inertie du verre, mais il montre bien quels principes physiques sont mis en jeu.
Votre lecteur a raison de dire qu’à un moment donné la mouche est immobile. Mais à ce moment-là, la mouche n’est pas collée sur le pare-brise.
Dès que le pare-brise touche l’avant de la mouche (en négligeant la lame d’air sous pression qui est poussée à l’avant du pare-brise), cette dernière est accélérée dans le sens de la marche. Pendant le temps, très bref mais non nul, que met le train pour parcourir une distance égale à la longueur du corps de la mouche, la mouche est comprimée et accélérée. Ainsi, au moment où la mouche est immobile, 10% peut-être de sa masse s’est écrasé sur le pare-brise. La vitesse du train lui- même n’a pas varié. Dès que le train a rattrapé l’arrière de la mouche, soit 2 dix millièmes de seconde à 200 km/h, la mouche, aplatie sur le pare-brise, a pris la vitesse du train.
D’un point de vue plus savant, on pourrait ajouter que la conservation de la quantité de mouvement fait que le train ralentit légèrement, mais il retrouve vite sa vitesse initiale. La inouehe, qui passe de 0 à 200 km/h en un centimètre, subit une accélération de 30000 g ( 1 g est l’accélération de la pesanteur terrestre). Quant au pare-brise, il subit une force de 300 newtons, l’équivalent d’un poids de 30 kilos.
Quand le train heurte la mouche, les premiers nanomètres (millionièmes de millimètre) du pare-brise subissent un arrêt momentané; les quelques nanomètres suivants subissent une déformation élastique, et le reste du train continue à pleine vitesse.
Après l’impact, la partie comprimée du pare-brise retrouve sa forme initiale, ce qui n’est pas le cas de la mouche.
En toute rigueur, une onde de choc élastique se propage vers l’arrière dans tout le train, et la face avant oscille jusqu’à ce que le mouvement s’arrête, mais, dans le cas d’une mouche, ces effets sont totalement négligeables. Si l’on remplace la mouche par une voiture, les effets de Fonde de choc seront plus facilement visibles.
Toutes ces explications font intervenir beaucoup de facteurs-, comme la longueur de la mouche ou l’élasticité du pare-brise, mais elles ne répondent pas, à mon sens, à la question, qui est plus philosophique que physique. Remplacez «mouche» par «un atome de la mouche», et vous revenez au vieux paradoxe énoncé par Zénon d’Elée en 450 av. J.-C-
Zénon expliquait qu’un objet en mouvement peut toujours être considéré comme immobile, pendant un instant infiniment petit. Le problème est que nous ne sommes pas davantage capables de concevoir un instant infiniment petit que de concevoir l’infini !
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]]>Ces deux pièces sont censées aller à la même vitesse puisqu’elles sont entraînées par le même moteur. Le moteur entraîne un engrenage qui actionne l’escalier, et la main courante est à son tour entraînée par une courroie reliée à l’engrenage. Or, la courroie a tendance à s’user, ce qui peut modifier la vitesse de la main courante.
Les spécifications américaines précisent que la vitesse de la main courante ne doit pas varier quand elle est soumise à une force de freinage de 444,8 newtons. Afin de satisfaire à cette règle, les mains courantes sont généralement réglées pour aller un peu plus vite que les escaliers. Sur certaines machines, toute variation de vitesse de la main courante excédant 15% déclenche la coupure de l’alimentation du moteur et la mise en œuvre des freins.
Les mains courantes d’escalators sont entraînées par des galets en caoutchouc placés à l’intérieur de la bande souple: les glissements ne sont pas exclus, mais ils se font plutôt par
à-coups. Ils sont généralement dus aux accumulations de poussières et d’huile de machine à l’intérieur de la bande, ou aux tractions excessives sur la bande.
Comme les galets sont entraînés par le mécanisme qui actionne les marches, ils devraient tourner à la même vitesse.
Le diamètre de la roue d’entraînement étant de 1 mètre à 1,20 m, une usure de 2 millimètres se traduirait par un ralentissement de la main courante de 4 mm par mètre, ce qui serait indétectable.
Les normes britanniques EN 115 de 1995 stipulent que la vitesse de la main courante ne doit pas différer de plus de 2% de celle des marches. Ces deux éléments sont entraînés par le même moteur, mais les marches le sont par un système d’engrenages métalliques, alors que les mains courantes sont entraînées par friction, via des bandes de caoutchouc et de néoprène qui sont sujettes à usure et à étirement. Il est donc plus difficile de contrôler la vitesse de la main courante, mais il s’avère qu’un certain degré de glissement est favorable à la sécurité de l’ensemble, au cas où un élément bloquerait le dispositif.
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]]>Les avions sont généralement construits en aluminium, et un tout petit peu de mercure est capable de détruire beaucoup d’aluminium. L’aluminium, en effet, est un métal très réactif qui se combine violemment avec l’oxygène de l’air. Heureusement. cette réaction est vite ralentie par la formation d’une mince couche isolante d’alumine (ou oxyde d’aluminium) qui protège le métal. L’anodisation de l’aluminium épaissit cette couche protectrice.
Le mercure détruisant la couche d’alumine, le résultat peut être spectaculaire, car il forme avec l’aluminium un amalgame destructeur. Il y a quelques années, un de mes techniciens a
laissé tomber quelques gouttes de mercure sur son banc de bois dont les coins étaient en aluminium. Le lendemain matin, les pièces d’aluminium étaient percées et le bois profondément labouré à proximité. La réaction avait provoqué la croissance de petites tours d’alumine qui pointaient comme d’étranges coraux.
C’est chimiquement intéressant, mais très dangereux pour la santé: le mercure est toxique.
À cause de la fluidité du mercure, l’amalgame corrosif peut atteindre le cœur de la structure de l’avion. Un avion ayant subi une fuite de mercure doit être mis en quarantaine jusqu’à ce que l’amalgame révèle sa présence. Et il y a de fortes chances pour que l’appareil soit réformé. Même éliminé, l’amalgame se propage dans l’aluminium comme la pourriture dans le bois.
Le mercure, parmi bien d’autres produits chimiques, est classé «matière dangereuse» par l’Organisation internationale de l’aviation civile, qui est une émanation de l’ONU. Il est interdit d’en transporter à bord d’un avion, que ce soit en cabine ou en soute, à l’exception des thermomètres médicaux à usage personnel placés dans un étui protecteur.
Je ne vous conseille pas de tenter d’enfreindre ces règlements. Non seulement vous risquez une forte amende, mais en cas de fuite de mercure dans l’avion, la compagnie peut vous réclamer en justice les frais de nettoyage de la structure.
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]]>Il est vrai qu’un profil d’aile développe la portance qui maintient les avions en l’air, mais ce n’est pas le seul facteur: l’angle d’attaque de l’aile compte aussi.
Cet angle est généralement de 4° avec F horizontale, ce qui donne une portance appréciable. Bien que votre main n’ait pas un profil d’aile, vous expérimentez cette force quand vous inclinez votre main à la fenêtre d’une voiture roulant à grande vitesse.
C’est en ajustant cet angle d’attaque (à plus de 4° par rapport à l’horizontale, donc) qu’un avion parvient à voler sur le dos: il suffit que la portance due à l’angle d’attaque soit supérieure à celle due au profil de l’aile.
Le plus gros problème qui guette les amateurs de vol sur le dos est la panne d’essence: sur les petits avions, les circuits d’huile et d’essence fonctionnent par gravité; il est donc risqué de voler sur le dos !
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]]>Le volant tend à revenir en place à cause du frottement des roues avant. On voit le même effet avec les chariots de super
marchés dont les roulettes pivotent autour d’un axe situé en avant du point de contact des roues avec le sol. Si l’on pousse le chariot, les roues, quelle que soit leur position initiale, s’alignent avec la direction du chariot.
Cela est dû à ce que les forces de frottement des roues sur le sol s’opposent toujours au déplacement. Les roues vont donc pivoter jusqu’à ce qu’elles soient alignées avec l’axe du pivot.
On observe le même effet dans une voiture, dont la colonne de direction est inclinée de façon que sa direction coupe le sol en avant de l’axe des roues.
Il en va de même sur les vélos, dont la colonne de direction coupe le sol juste en avant du point de contact du pneu : vérifiez cet alignement avec un manche à balai. Une autre façon de le vérifier consiste à prendre un vélo par la selle. On le pousse facilement vers l’avant,en ligne droite, mais pas vers l’arrière: la roue avant a alors tendance à tourner de 180°, comme une roue de chariot de supermarché. D’ailleurs, vous observerez qu’en marche arrière, le volant d’une voiture n’a plus tendance à reprendre sa position d’équilibre.
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]]>Comme dans le cas de la plupart des éléments des avions, les hublots résultent d’une série de compromis. La vie des concepteurs serait grandement simplifiée s’il n’y avait pas de hublots du tout, mais les passagers ne sont pas d’accord.
La Grande-Bretagne a perdu son avance en matière d’avions à réaction quand le Cornet de Havilland des années 1950 subit une série de crashs suite, entre autres, à des effets de fatigue de la carlingue autour des ouvertures.
Depuis, les hublots sont aussi petits que possible – typiquement 33 centimètres de diamètre. Chaque hublot a trois épaisseurs: deux pour supporter la pression et une troisième pour empêcher que l’on puisse endommager les deux premières. Les hublots et leurs vitres sont intégrés d’un seul bloc dans la structure du fuselage.
Non seulement les hublots sont chers, mais ils impliquent un renforcement de la structure. Le poids supplémentaire que cela représente est très pénalisant pour les compagnies d’aviation, d’autant que les hublots posent des problèmes de condensation, de formation de glace, voire de fuite de pressurisation.
La position des hublots varie selon les avions, mais les concepteurs les placent généralement un peu en dessous du niveau des yeux d’un passager assis. C’est trop bas quand l’avion est au sol, mais bien adapté quand l’avion est en vol pour donner une vue panoramique du sol. En outre, placer les hublots plus haut, vu la forme circulaire de la carlingue, reviendrait à les orienter vers le ciel, ce qui poserait aussi des problèmes d’éblouissement.
Il faut aussi garder en mémoire que les avions de ligne en service aujourd’hui ont été conçus il y a dix ans, certains ayant même été dessinés il y a quarante ans. Pendant ce temps, les gens ont changé, ainsi que le design des sièges. A l’époque, la structure des avions ainsi que la position des hublots étaient fixées, les chaînes de montage optimisées pour cela, et il aurait coûté très cher de la modifier.
En quarante ans, les gens ont grandi, et les sièges aussi, selon un critère qui les rend accessibles pour 95 % des hommes aux États-Unis. Si vous ôtes un peu grand, vous vous y sentirez à l’étroit.
Enfin, la tendance en matière de transport aérien est à l’économie, c’est-à-dire à une densité maximale de sièges, ce qui implique de surélever les sièges afin que le passager puisse glisser ses pieds sous le siège de devant. Cela a aussi tendance à faire paraître plus bas le hublot voisin.
Les hublots des avions sont petits pour des raisons de sécurité. Les premiers Cornet de Havilland avaient de grandes fenêtres haut placées qui donnaient une vision panoramique, mais ils souffraient de faiblesses structurelles rédhibitoires.
Pour en avoir le cœur net, la compagnie de Havilland immergea un avion dans un réservoir d’eau et le soumit à des pressurisations répétées pour simuler les conditions de vol. Au bout de deux semaines (ce qui correspondait à deux années de vol), la structure commençait à se fissurer aux coins supérieurs des fenêtres.
On redessina donc de petits hublots ronds et placés au bas de la carlingue, ce qui résolut le problème.
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]]>Avant que l’on n’aménage celte «cheminée» dans les parachutes, l’air piégé sous la toile n’avait d’autre issue que de s’échapper par les côtés, générant un redoutable mouvement d’oscillation, très bien visible sur les films de la Seconde Guerre mondiale.
Le contact avec le sol lors du mouvement pendulaire descendant était spécialement dangereux. En permettant à l’air de s’échapper lentement par le haut, la cheminée a supprimé les oscillations et facilité les atterrissages.
Un autre bénéfice de la cheminée est de ralentir l’ouverture du parachute. Auparavant, le parachute était soumis à des forces bien plus considérables, qui faisaient souvent pleurer les parachutistes, surtout de sexe masculin.
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]]>The post Problèmes de transport : Le secret du hublot first appeared on Sociologie.
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]]>Je suppose que votre lecteur pense aux gravures de navires anciens où l’on voit des pavois (par où passent les canons) carrés. Le bois est un matériau éminemment flexible – les bateaux en bois grincent de partout -, mais aussi extrêmement résistant à la fatigue. Les métaux, en revanche, supportent mal la fatigue: une plaque métallique peut être cassée par pliage répété, alors qu’une baguette de saule peut être pliée indéfiniment.
Vers la fin du xixe siècle, les coques en acier se sont généralisées pour les cargos et les navires de guerre. Les architectes navals ont vite compris que toute ouverture rectangulaire sur le pont ou dans la coque générait des fatigues importantes, commençant aux coins du rectangle, sous l’action des contraintes dues aux vagues. Par très mauvais temps, certains malheureux marins ont ainsi vu leur navire se défaire littéralement sous leurs yeux. Voilà pourquoi les architectes ont dessiné des ouvertures rondes, ou ont arrondi les coins des ouvertures rectangulaires.
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]]>The post Problèmes de transport : Oreilles bouchées first appeared on Sociologie.
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]]>Afin d’économiser le carburant, les avions de ligne volent à très haute altitude, de l’ordre de 12 000 mètres, alors que les êtres vivants éprouvent de grandes difficultés à respirer à partir de 5 500 mètres. Il est donc indispensable de pressuriser les cabines, ce qui pose de gros problèmes techniques. A 12000 mètres, la pression atmosphérique est divisée par cinq de sorte que la cabine pressurisée, à la pression atmosphérique au niveau du sol. exploserait immédiatement ! La structure de la cabine doit donc être soigneusement étudiée.
Pour les avions de ligne civils, la pression dans la cabine est maintenue à la plus basse valeur possible, qui correspond à une altitude de 2500 mètres. Cette altitude est généralement sans effet sur un organisme en pleine forme, mais certains passagers affaiblis peuvent éprouver des difficultés à respirer.
Il y a un autre problème: tous les aéroports ne sont pas à la même altitude. Entre l’aéroport Charles-de-Gaulle et celui de La Paz en Bolivie, il y a une différence de 5 200 mètres, et la pression à La Paz est la moitié de celle à Paris. Il est alors impossible de maintenir une pression constante pendant tout le vol. Imaginez ce qui se passerait si la pression à l’intérieur et celle à l’extérieur étaient différentes lors de l’ouverture des portes…
Pour limiter les «bouchements» d’oreille, la pression à l’intérieur est réduite en douceur par ordinateur à mesure que l’avion monte. Elle est graduellement augmentée (ou encore réduite, si l’on va à La Paz) pendant la descente de façon à ce qu’elle soit égale à la pression extérieure à l’ouverture des portes. C’est généralement suffisant pour que vos oreilles aient le temps de s’adapter, mais si cela ne suffit pas, bouchez-vous le nez et faites monter doucement la pression jusqu’à égalisation. Un des avantages du Concorde était que le fuselage étant conçu pour voler à très haute altitude, on ne réduisait la pression à l’intérieur que jusqu’à celle correspondant à une altitude de 900 mètres.
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