Leçon 1 physique 2








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institut = consultants & praticiens terrain, R&D chercheurs & trouveurs, formateurs
dU Management = les repères & systèmes qui canalisent nos comportements
CITOYEN = humaniste , ethique, durable dans ses dimensions politiques, professionnelles & personnelles

pour Mieux vivre ensemble nos transformations mondiales




éducation scientifique

initiation à la PHYSIQUE – les lois de la nature - COURS


L’esprit de ce cours, son origine, est que toute personne sachant lire, écrire et compter (= maitrisant les 4 opérations , addition, soustraction, multiplication et division), puisse de la meilleur manière possible comprendre le monde physique où nous vivons et maitriser son écriture scientifique.
Bref,

pour toute personne du niveau école primaire

l’esprit est

« votre licence de physique en 3 semaines »,

Son objectif n’est certes pas de maitriser l’ensemble du programme d’une licence de physique,
Son objectif est certes de donner à tout lecteur des bases suffisantes pour :

1/ déjà comprendre beaucoup des bases de beaucoup de domaines scientifiques, surtout en physique fondamentale,
2/ du coup, en culture générale (« j’aime comprendre le monde où je vis ») pouvoir ultérieurement oser poser des questions sur tout phénomène physique avec des repères personnels suffisants pour obtenir et comprendre les réponses correspondantes (pour un métier, un secteur d’activité, une meilleure compréhension du monde),
3/ et, en culture sociale (diplômes, études, …), s’il souhaite approfondir un domaine particulier, qu’il dispose déjà de repères scientifiques suffisants (fondamentaux et appliqués), pour déjà comprendre les écrits, donc ne pas avoir peur, donc oser progresser dans tout territoire scientifique.

= Ce cours peut aider son lecteur à oser une formation (scolaire, universitaire ou professionnelle).


SOMMAIRE N° page

leçon 1 physique 2

vue globale : réalité, territoires, 5 dimensions, méthodologie, histoire, MKSA, variables & équations

leçon2 mathématiques 20

vue globale : chiffres, nombres, ensemble, fonctions, géométrie, logique …

approfondissements 23

exercices & corrigés 24

annexe 1/ approfondissements qualitaitfs sur les corps 25

annexe 2 / lexique 27

éducation scientifique

initiation à la PHYSIQUE – les lois de la nature - leçon 1

(durée 3 heures) ordre du jour & SOMMAIRE : N° page
I – la Réalité 3
II – les Territoires des Sciences 4
III – les 5 Dimensions de l’univers 5
IV – la Méthodologie scientifique 7
V – Histoire des sciences 9
VI – les Unités de mesure 12
VII – quelques Variables principales, Lois de la nature, équations fondamentales 13
VIII – leçons suivantes, programme (= pioche) 15

I – la Réalité

1/ les sens

La réalité perçue est une projection.

Le projecteur est charnel, fait de nos sens (capteurs) et de notre sens (traitement, par l’intellect).

Il est donc individuel (notre chair) et collectif (notre culture, les repères fournis par notre collectivité pour notre traitement individualisé des informations fournies par nos capteurs).

Le projeté est notre univers intérieur, charnel, et notre univers extérieur, notre environnement.
Physique et psychique, matérielle (tangible, et conceptuelle (religieuse, spirituelle, intellectuelle, immatérielle, virtuelle), la réalité est fabriquée à partir de nos sens corporels individuels (nos 5 familles de capteurs = nos 5 sens charnels) élargis par notre culture collective, conceptuelle (nos modèles de représentation, religieux et scientifiques en frères siamois imbriqués) et matérielle (nos capteurs non corporels y élargissent la plage de fonctionnement de nos 5 sens, tels radio, télévision, … et nous fournit de nouveaux sens.
D’autres chairs (animaux) fabriquent d’autres sens, en capteurs (exemples animaux) et en traitements (exemple drogues) donc d’autres réalités.

Sans chair pas de sens, sans sens pas de réalité.

1/ la réalité est d’abord une projection charnelle de notre environnement par nos capteurs sensoriels (= charnels, nos 5 sens = vue, son, odeur, toucher, goût … auquel j’ajoute le sens intérieur, la perception du ressenti à l’intérieur de sa chair) vers notre cerveau où nous la matérialisons (= images, mots).
2/ la réalité est ensuite une projection culturelle, quand en partageant ces informations avec nos proches, pour nous humains dans notre collectivité humaine, nous fabriquons un ensemble d’informations intermédiaires (concepts, images) qui contribuent à nos comportements dans nos réponses aux informations de nos capteurs (exemple, reconnaissance des formes).

Cela vaut pour toute forme de vie pour toute forme de collectivité, végétale ou animale ( = éthologie),
3/ enfin, la réalité est un élargissement de ces projections charnelles et culturelles par un traitement intellectuel (spirituel, religieux) où par nos analyses (mots, modèles) et les outils qui en résultent (exemple la lunette astronomique) nous élargissons nos sens ou même nous fabriqsuons de nouveaux sens qui nous font percevoir de nouveaux territoires.

En particulier, toutes les avancées scientifiques ont été et sont encore pas seulement de mlieux manipuler le réel mais aussi de mieux le dé-couvrir, la création de nouvelles réalités en devenant capables de percevoir ce qui était imperceptible jusque là.

La science élargit le réel en rendant visible l’invisible d’hier.
En conclusion, pour toute forme de vie végétale ou animale, la réalité est l’enfantement permanent et évolutif de la matière perçue dans sa relation sensuelle et conceptuelle avec son environnement.

En particulier, notre réalité humaine est notre projection humaine de notre environnement humain.

4/ enfin, l’univers « réel » est le concept théorique qui représente l’ensemble de tout ce qui peut être perçu, ce qui serait commun à l’ensemble de toutes les capacités de perception par toute forme d’existence ou de construction, concept aussi inaccessible, faux, mensonger et trompeur que tout idéal.

Historiquement, le réel se comporte comme une succession humaine de paysages culturels.
La carte n’est pas le territoire, notre réalité n’est pas la réalité, la réalité perçue n’est pas la réalité source. De l’infiniment petit (particules) à l’infiniment grand (galaxies), l’horizon se déplace en avançant, le territoire est illimité et plus on s’y promène plus on y dé-couvre. Notre réalité est la transformation permanente de la transformation de nos perceptions par la transformation de nos cultures.

2/ les corps … physiques, chimiques, atomiques

La matière de la physique sont les corps.

Les corps physiques peuvent être perceptibles par nos sens (reconnaissance des formes par l’œil, …) ou imperceptibles et nécessiter d’autres capteurs (ondes télévision, radio, téléphone, flux électriques, …).
La physique est l’étude des corps, historiquement d’abord naturels et élémentaires, puis de plus en plus composés et artificiels.

Elle cherche pour tout corps à l’identifier (est-ce bien ce corps là, en tout point semblable à tous les autres échantillons du même nom ?) puis à observer (voire mieux, prévoir) ses principales propriétés !
L’étude des corps se divise en trois grandes études,
étude 1/ le mouvement des corps,

En restant le même corps, comment il occupe quel espace ou se déplace (étude des mouvements).

Nos siècles et millénaires d’observations et analyses (= modélisations) ont produit des lois (« de la nature ») très simples, où les mêmes lois (de gravité, d’inertie) s’appliquent autant aux comportements des corps macroscopiques (célestes) que microscopiques (la chute des billes de Galilée à partir de la tour de Pise, la pomme de Newton).

La taille des corps n’y intervient que pour leur masse (m, une simple variable dans les équations générales des mouvements des corps) et leur forme (pour la résistance du milieu où ce corps se déplace, air, eau) !
étude 2/ les composants intérieurs d’un corps, sa distillation en « molécules »

étude 2/ dans leurs composants intérieurs : de quoi sont-ils faits, qu’est-ce qu’il y a dedans, est-ce que l’on peut les fabriquer, comment ?

Cette étude a inclus beaucoup d’expériences de séparation, union ou transformation de sa forme ou de son espace.

- Séparer le corps en plusieurs morceaux, identifier ses composants (inertes ou vivants),

- Unir le corps avec d’autres corps, ou le ré-unir = refaire le même corps à partir de ses composants élémentaires.

- Transformer sa forme, le faire changer d’état (solides, liquides, gazs) ou d’espace (ses conditions en températures, pression, volumes).
Au début, ces observations et expériences étaient surtout physiques : on casse (pilonne, broie en poudres), chauffe et refroidit (distille), sépare les solides des liquides (laisse retomber, centrifuger …), avec des corps hétérogènes ou homogènes, purs ou composés.
Très vite apparaissent deux critères importants pour l’étude d’un corps et l’observation de ses propriétés :

critère1/ ce corps est-il hétérogène ou homogène ?

Les sciences « fondamentales » portent d’abord sur les corps homogènes (= les «briques de base» de tous les corps)

- hétérogène, quand un échantillon prélevé n’a pas les mêmes composants qu’un autre échantillon prélevé à un autre endroit sur le même corps (exemple huile et vinaigre non mélangés dans un verre)

- ou homogène , quand tous les échantillons prélevés à divers endroits du même corps auront tous les mêmes composants en nature et en quantité (= proportions).
critère2/ ce corps est-il composé ou pur ?

Les sciences « fondamentales » portent d’abord sur les corps purs (= les «briques de base» de tous les corps)

- composé, quand on peut encore séparer ce corps en plusieurs nature de composants

- ou pur, quand toutes ses molécules sont identiques, quand quelles que soient les manipulations pratiquées on reste toujours au corps de départ, on retrouve partout le seul et unique composant insécable (par la physique = sans réaction chimique avec d’autres corps).

Ainsi apparut le concept et la frontière de la molécule.

Tout corps « pur » est composé d’une seule molécule (en nature, mais évidemment présente par millards d’exemplaires pour faire un corps perceptible à l’échelle de nos sens) et ne peut donc plus être divisé en plusieurs corps différents (sauf par réaction « chimlique » avec d’autres corps), alors que tout corps composé de plusieurs molécules différentes peut être « distillé » en plusieurs corps distincts.
étude 3/ les réactions d’un corps avec d’autres corps,

Comment ce corps se comporte-t’il en présence d’autres corps ?

Comment s’unit-il avec d’autres pour

- devenir autre (= devenir un autre corps),

- se décomposer en morceaux de natures différentes (= en plusieurs corps distincts),

- ou se recomposer pour redevenir à son état initial à partir d’autres corps (= ses composants).
3a/ les réactions « chimiques » entre « atomes » transforment les molécules,

avec échanges (production et absorption) d’énergie (= chimique).

Cette étude des comportements extérieurs d’un corps par manipulations et observations (ça brûle !) devint (aux XVIIième et XVIIIièmes siècles) bien modélisée et décrite en atomes, molécules (un corps s’y appelle même « antimoine », vu sa dangerosité certaine en nombreux moines tués) et réactions chimiques.

Là apparut le concept de l’atome, de l’ « insécable » (a-tome = a-tomos = pas – séparable), brique de base des molécules, tous décrits dans le « tableau de Mendéléev » (moins de 100 atomes !, moins de 100 briques de base pour tout l’univers jusqu’aux plus lointaines galaxies !).

Puis vinrent les isotopes, quand la même formule atomique représente plusieurs atomes aux propriétés atomiques rendues extrêmement distinctes par la différence du nombre de leurs particules (neutrons).

Et les ions ou cations, quand le même atome diffère dans sa charge électrique par quelques électrons en plus (ions) ou en moins (cations).

Quant au concept de molécule il mit quelque temps à conceptualiser son extension aux isomères, quand la même formule moléculaire peut représenter plusieurs molécules aux propriétés chimiques extrêmement distinctes dûes à la différence d’arrangement (organisation dans l’espace) de leurs atomes.
3b/ puis les réactions atomiques (ou réaction nucléaire) transforment les atomes, dans leur noyau (= nucleus)

avec échanges (production et absorption) d’ énergie (= nucléaire) ,

Ce ne fut qu’en première moitié du XXième siècle que des manipulations réussirent à briser l’atome.

Cette physique nucléaire produisit certes la bombe atomique mais elle ouvrit aussi au bien plus large territoire de toute la physique quantique et des particules.
3c/ puis les réactions entre particules, tranforme la particule en énergie (destruction, disparition d’une particule, production d’énergie), ou l’énergie en particule (création, apparition d’une particule, absorption d’énergie),

C’est la physique des particules, la mécanique quantique.
3/ les langages scientifiques

1/ deux LANGAGES pour deux étapes,

1a/ en étape amont, l’imagination et la créativité

pour fabriquer ses nouveaux modèles, quand l’expérience ne « colle » pas avec le modèle dominant du jour, la science a besoin de créativité.

Et là le langage scientifique quitte son territoire d’exécutant rigoureux et a besoin d’être créatif, donc très friand d’un autre extrême du langage, avec un maximum de libertés, de flou, de multi-sèmes propices aux associations, pour mieux visualiser et imager le nouveau territoire qu’il tente de pénétrer en s’en fabriquant les représentations les plus performantes.

Dans sa phase de création, le langage scientifique est un maximum de poésie et d’imagination.

La réalité dépasse la fiction, donc pour décrire la réalité il faut alors déborder d’imagination.

Autant pour inventer le zéro que la double hélice de l’ADN.

Le pétrin de la science est l’imagination, le reste, observations ou mesures, n’en sont que les ingrédients.


SCIENCES FONDAMENTALES

SCIENCES APPLIQUEES

Recherche

Développement

Conception

exploitation

Principe

Application

Théorie

Pratique

Fonctionnel

Opérationnel,

Patron

Exécutant

Créativité

Conformité

Art

industrie

Imagination

reproduction

Spirituel

religions

La réalité est une variable, ses caractéristiques sont une construction humaine, évolutive et en permanente transformation.

Est adulte celui qui la connait et la respecte pour mieux la transformer au profit de tous.

La réalité est une constante, ses caractéristiques sont immuables.

Est adulte celui qui la connait et la respecte pour mieux l’utiliser. A son profit ou au profit de tous y est son choix, personnel.



1b/ en étape aval, la mise en forme et la rigidité

pour dérouler les conséquences de ses modèles une fois retenus, le langage scientifique privilégie la rigueur.

Pour ses observations, mesures et analyses, il privilégie le lanagage extrêmement fermé, monosens, sans liberté d’interprétation, avec un minimum de signes, et un seul sens (sème) par signe, qu’est le langage mathématiques.

2/ l’image sociale du « langage SCIENTIFIQUE »

Nos systèmes politiques actuels aiment la conformité, cultivent la sécurité de l’immobilisme social.

Nos écoles « scientifiques » privilégient donc l’éducation d’exécutants et ne forment pas à la conception

Notre culture a assimilé langage scientifique à sa partie aval, au langage d’exécution, là où tout a déjà été découvert et formalisé, là où il n’y a plus qu’à comprendre les modèles retenus et apprendre à les utiliser.

Nos écoles dites « scientifiques » prônent la confusion du langage scientifique à sa partie aval, forment à obéissance et récitation.

Ceci est évidemment propice à l’élevage de citoyens moutons. La responsabilité étudiante s’y borne à bien obéir aux chefs en récitant bien les dogmes, au détriment de la croissance de citoyens responsables, sensibles et créatifs.
La partie amont du langage scientifique, toute nourrie de sensibilité et créativité par imagination (images en action), toute en découverte et observations pertinentes à approfondir même quand non conforme aux modèles, est ainsi dans notre culture ignorée dans nos études pourtant baptisées « scientifiques ».
3/ origine du goût scientifique pour les CHIFFRES.

Certes l’étape 1 de la méthodologie scientifique est observer, et certes les observations qualitatives sont essentielles et principales, mais en sciences le qualitatif n’est qu’une étape préliminaire, car la science préfère le quantitatif. Pourquoi ? Pour la reproductibilité !
L’exigence 5 de la méthodologie est la reproductibilité.

Une observation est scientifiquement valable si on peut la reproduire :

- dans tout autre lieu (la dimension espace),

- à tout autre instant (la dimension temps),

- par tout autre observateur (la dimension énergie, humaine, charnelle)
Or la reproductibilité préfère des chiffres. En science, une observation sera aboutie si elle utilise des indicateurs afin de pouvoir faire des mesures avec des valeurs chiffrées.

observer => indicateurs => mesurer => chiffres. « if you can’t measure it, forget it.”

L’immense intérêt du chiffre est qu’il facilite le test de reproductibilité.

En transformant une observation en mesure réalisée, vérifier la reproductibilité d’une observation se transforme à vérifier … que toute autre observation donne toujours le même chiffre !

Le chiffre permet des observations beaucoup plus universelles et à la reproductibilité beaucoup moins discutable !
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