Exercices pour le cours de physique de Feynman
1. ATOMES EN MOUVEMENT
On se réfèrera au Cours de Physique de Feynman, Mécanique 1, Chap. 1 à 3.
Utilisez les idées données dans ces chapitres ainsi que votre propre expérience et
votre imagination, afin de résoudre les exercices suivants. La plupart du temps, on ne
demandera pas de résultats numériques de haute précision.
Exercice 1.1 Si la chaleur provient seulement du mouvement moléculaire, quelle différence y a-t-il entre une balle de baseball chaude au repos et une autre froide mais en
mouvement rapide ?
Exercice 1.2 Si les atomes de toute matière sont en mouvement perpétuel, comment
peut-il exister des objets de forme permanente, comme les empreintes fossiles ?
Exercice 1.3 Expliquez quantitativement pourquoi et comment les frottements dans
une machine en mouvement produisent de la chaleur. Expliquez également, si vous le
pouvez, pourquoi la chaleur ne peut provoquer du mouvement utilisable par le processus
inverse.
Exercice 1.4 Les chimistes ont découvert que les molécules de caoutchouc sont formées de longues chaînes entrecroisées d’atomes. Expliquez pourquoi une bande de caoutchouc s’échauffe lorsqu’on l’allonge.
Exercice 1.5 Que devrait-il arriver à un élastique qui soutient un certain poids lorsqu’on le chauffe ? (Pour trouver la réponse, faites l’expérience.)
Exercice 1.6 Pouvez-vous expliquer pourquoi on ne trouve pas de cristaux ayant
la forme d’un pentagone régulier ? (Des formes triangulaires, carrées, hexagonales se
trouvent fréquemment parmi les cristaux.)
Exercice 1.7 On vous donne un grand nombre de billes d’acier de même diamètre d
et un récipient de volume donné V. Chacune des dimensions du récipient est beaucoup
plus grande que le diamètre d’une bille. Quel est le nombre maximum de billes, N, que
vous pouvez mettre dans le récipient ?
Exercice 1.8 Comment la pression P d’un gaz doit-elle varier avec n, le nombre
d’atomes par unité de volume, et avec v, la vitesse moyenne d’un atome ? La pression P doit-elle être proportionnelle à n et/ou à v, ou bien doit-elle varier plus ou moins
rapidement que de façon linéaire ?
Exercice 1.9 L’air habituel a une densité d’environ 0,001 g cm −3 , alors que l’air liquide a une densité d’environ 1,0 g cm −3 .
(a) Estimer le nombre n G de molécules d’air par cm 3 dans de l’air habituel et dans de
l’air liquide, n L .
(b) Estimer la masse m d’une molécule d’air.
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1. ATOMES EN MOUVEMENT
On se réfèrera au Cours de Physique de Feynman, Mécanique 1, Chap. 1 à 3.
Utilisez les idées données dans ces chapitres ainsi que votre propre expérience et
votre imagination, afin de résoudre les exercices suivants. La plupart du temps, on ne
demandera pas de résultats numériques de haute précision.
Exercice 1.1 Si la chaleur provient seulement du mouvement moléculaire, quelle différence y a-t-il entre une balle de baseball chaude au repos et une autre froide mais en
mouvement rapide ?
Exercice 1.2 Si les atomes de toute matière sont en mouvement perpétuel, comment
peut-il exister des objets de forme permanente, comme les empreintes fossiles ?
Exercice 1.3 Expliquez quantitativement pourquoi et comment les frottements dans
une machine en mouvement produisent de la chaleur. Expliquez également, si vous le
pouvez, pourquoi la chaleur ne peut provoquer du mouvement utilisable par le processus
inverse.
Exercice 1.4 Les chimistes ont découvert que les molécules de caoutchouc sont formées de longues chaînes entrecroisées d’atomes. Expliquez pourquoi une bande de caoutchouc s’échauffe lorsqu’on l’allonge.
Exercice 1.5 Que devrait-il arriver à un élastique qui soutient un certain poids lorsqu’on le chauffe ? (Pour trouver la réponse, faites l’expérience.)
Exercice 1.6 Pouvez-vous expliquer pourquoi on ne trouve pas de cristaux ayant
la forme d’un pentagone régulier ? (Des formes triangulaires, carrées, hexagonales se
trouvent fréquemment parmi les cristaux.)
Exercice 1.7 On vous donne un grand nombre de billes d’acier de même diamètre d
et un récipient de volume donné V. Chacune des dimensions du récipient est beaucoup
plus grande que le diamètre d’une bille. Quel est le nombre maximum de billes, N, que
vous pouvez mettre dans le récipient ?
Exercice 1.8 Comment la pression P d’un gaz doit-elle varier avec n, le nombre
d’atomes par unité de volume, et avec v, la vitesse moyenne d’un atome ? La pression P doit-elle être proportionnelle à n et/ou à v, ou bien doit-elle varier plus ou moins
rapidement que de façon linéaire ?
Exercice 1.9 L’air habituel a une densité d’environ 0,001 g cm −3 , alors que l’air liquide a une densité d’environ 1,0 g cm −3 .
(a) Estimer le nombre n G de molécules d’air par cm 3 dans de l’air habituel et dans de
l’air liquide, n L .
(b) Estimer la masse m d’une molécule d’air.
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