Recueil d'exercices de mécanique élémentaire/Quelques exercices d'hydrostatique

l'eau et ses synonymes

Eau, vapeur invisible et glace, certes mais beaucoup de variétés allotropiques de la glace.

Quand on dit banalement eau , on entend eau liquide : "donnez-moi un verre d'eau,svp".

Mais par exemple combien de mots pour pluie ?

Ondée, orage, rincée, saucée, grain, embruns, averse, déluge, flotte, giboulée, brouillard, brouillasse, bruine, crachin, brume, brumaille, brumasse, buée, rosée,smog, haleine,nuages et nuées tout n'était qu'intempéries et précipitations ; mais la virga existe. le grésil évoque frimas et grêle , voire groisil

On est près du gel , gelée, givre, verglas

la glace renvoie à la banquise,iceberg, glaçons, sorbet_esquimau, gel , givre, gelée, givrure,

l'eau nuageuse renvoie à la météo : altus, cirrus, cumulus,nimbus, stratus, brouillard, brume , nébulosité,voile et "vapeur", temps humide.

mais l'océan porte en lui :

vaguelettes et vagues, déferlantes, vagues déferlantes, vagues scélérates, mascaret , tsunamis(raz de marée), marée (syzygies) flot et jusant et estran, flux et courants, trombes,tourmente, ondes, rides, houles, seiches, ressac, rouleaux, remous , vortex, maelstrom, tourbillon, tornade, cyclone, hurricane, ouragan, typhon, bourrasque.

Via ces mots et Crisco, faire "boule_de_neige".

équilibre d'un bateau

Attention, l'équilibre d'un bateau n'est pas que son G soit plus bas que le centre de poussée, mais que son métacentre soit plus haut que le centre de poussée (penser à l'exercice du Culbuto sur du mercure de densité infty). Ceci a sans doute été compris très vite par Huygens(1629-1695) et écrit par Bouguer(1698-1758)

le rond de serviette d'Archimède

Soit une boule de bois léger (densité 0.5) de rayon R; on y perce verticament à la scie à cloche un cylindre de telle sorte qu'on obtienne un rond de serviette de hauteur 2h.

1/.Archimède disait que quel que soit le rayon R, le rond (de symétrie verticale) flotterait de la même hauteur h' : laquelle ?

2/.la densité est maintenant quelconque (inférieure à 1, certes)

Réponse :

1/.soit h = R, il n'y a pas de trou , le volume qui s'enfonce est 0.5 .4Pi.R^3/3 = 2 , donc h' = R

donc h' = h . Le raisonnement par symétrie donne aussi la même réponse.

2/. Même raisonnement, mais cette fois, d. Volume = volume déplacé, ce qui donne h' = h. f(d), indépendant de R ! grand(1km) ou petit(10m), l'iceberg flottera à la même hauteur! Bien sûr f(1) = 0 et f(1/2) = 1 et f(0) = 2

Il reste à trouver f(d) !

la fonte de l'Arctique

1/. expérience : prendre un verre ; graisser légèrement le bord ; le remplir plein d'eau ; y placer un glaçon , et essuyer soigneusement l'eau qui a débordé du verre. Maintenant, il n'y a plus qu'à attendre : bien que le glaçon dépasse nettement la surface de l'eau, quand il sera fondu, le niveau de l'eau n'aura pas varié !

2/. exercice : montrer que la fonte de l'Arctique ne produira aucune élévation des eaux.

dem : d'après le principe d'Archimède, quand un glaçon se forme, son poids est égal au poids de la masse d'eau déplacée : donc quand il a fondu, l'eau se loge précisément dans ce volume déplacé, et il n'y a donc aucune variation du niveau de l'eau.

3/. cet exercice est le principe de l'équilibre d' ISOSTASIE des continents sur l'asthénosphère et du relèvement des continents lors de la perte de leur inlandsis glaciaire : par exemple le Groenland continue à se relever d'environ 1m par siècle ; de même le bouclier canadien se relève : cela produit une légère modification à long terme de la forme de la Terre (phénomène dit du "rebond glaciaire") et donc de la longueur du jour sidéral (LoD Lengh of Day): tout ceci est bien expliqué sur le site du SYRTE, consacré au pivotement de la Terre.

pourquoi l'Océan Arctique fond il ?

C'est une question délicate, que les 48 expériences du programme DAMOCLES sont chargées d'explorer.

Nov2007, le rapport du GIEC (IPPC.ch) donnait la courbe de la variation de surface de la banquise en fonction du temps. Or TARA, expérience sur la dérive des glaces, rentrée en janv 2008, venait contredire cette courbe : l'Arctique contient beaucoup moins de glace que prévu. À cela, deux raisons essentielles avancées par le laboratoire LOCEAN dont le responsable scientifique Mr GASCARD est responsable du programme Damocles :

1/.il y a emballement de l'effet de serre à cause de la réduction de l'effet d'albédo : la surface de glace réfléchissante étant remplacée par de l'eau absorbante , l'énergie absorbée est beaucoup plus grande, et l'eau est plus chaude et cela accentue le phénomène.

2/.le régime des vents a sans doute été changé, car la mer n'est plus à la même température : un couloir de vent s'est créé, allant de Bering à la mer de Norvège, qui pousse donc la glace au moins deux fois plus vite vers le détroit de Fram.Ce vent, d'autre part, humidifie l'air, refroidit l'eau de surface et la sale : les pancakes (les crèpes de glace) qui se forment ont plus de mal apparemment à former la banquise(le floe), qui d'autre part est plus fine et donc se craquelle plus facilement [ rappel : l'épaisseur moyenne de 3m aurait diminué de plus d'1m] ; le premier brise-glace à avoir atteint directement le pôle Nord est l'Antarktika (bâtiment russe capable de passer 3m de glace)en 1998. On attend avec impatience les cartes de 2008.

les conséquences géopolitiques les plus importantes , selon les rapports de Guillaume Martin (de Clausonne) (2005,BIM n°33)seront que :

1. La présence humaine et étatique augmentera en Arctique
2. Les conflits d'appropriation ("convention de G) seront exacerbés
3. La Russie est avantagée par son grand plateau continental et ses richesses potentielles en gaz et pétrole
4. La Russie a une flotte de brise-glaces nucléaires puissante, ainsi que des sous-marins stratégiques
5. La Russie a deux très grands ports : Mourmansk (5G $ engagés) et Ticsi + la mer d'Okhostk
6. Le passage du N-Est (la RMN , route maritime du Nord) est ouvert de plus en plus longtemps
7. Le tourisme de riches va se développer
8. Le mode de vie des populations locales va se modifier, le tourisme et l'activité portuaire remplaceront la pêche.
9. La nouvelle Zemble est polluée par les anciens tirs nucléaires aériens
10. La côte au large aussi à cause du cimetière des sous-marins nucléaires

Damoclès, c'est quoi ? question de cours-ADS

Faire boule_de_neige en une heure

DAMOCLES (Developing Arctic Modeling and Observing Capabilities for Long-term Environmental Studies) (cf [[1]]) est un programme de climatologie, intégrant Glace/Atm/Ocean, pour l'Arctique qui fond anormalement vite.

Ceci dans l'esprit du GIEC.

Budget : 17 M€ (par comparaison, les Russes ont mis 4000 M€, juste pour leur port de Mourmansk).

Damoclès comporte 48 expériences , dont une, TARA, a été très médiatisée en France. Cf § TARA ci-dessous.

Réponse boule_de_neige :

1. directeur jean-claude.gascard@lodyc.jussieu.fr, 01 44 27 70 70 ;pdf rapatrié :3p. décrivant en gros :banquise été avant 2030 ; nom des navires pour +tard. [[2]]
2. chroniqueur : Azar Khalatbari

journal du CNRS : n°233 fev-mars 2007

1. qq noms vers qui s'orienter : Frédérique Remy frederique.remy@notos.cst.cnes.fr

> Gerhard Krinner gerhard@lgge.obs.ujf-grenoble.fr > Marie-Françoise André m-francoise.andre@univ-bpclermont.fr > Madeleine Griselin madeleine.griselin@univ-fcomte.fr > David Grémillet david@c-strasbourg.fr > Marc Lebouvier marc.lebouvier@univ-rennes1.fr > Yves Frenot yves.frenot@ipev.fr > Jean-Claude Gascard jean-claude.gascard@lodyc.jussieu.fr > Frédéric Parrenin parrenin@lgge.obs.ujf-grenoble.fr > Dominique Raynaud raynaud@lgge.obs.ujf-grenoble.fr > Valérie Masson-Delmotte valerie.masson@cea.fr [excellent exposé sur l'examen des carottes glaciaires] . Existe aussi carottes sédimentaires (sur la ride Lomonossov)

[[3]]

Is the Arctic sea-ice going to disappear in the future? : [[4]] belle photo de sea-glaçons[[5]]

descriptif research : [[6]]

très bon site éducatif [[7]]

existe un CD-Rom belge, free en belge : [[8]]

IPF org : [[9]]

je n'ai plus bcp de temps : je fonce vers TARA

TARA

trop tard :2h30 ; je me suis fait piéger par Google Earth. Trop long à charger.

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CRITIQUE et CORRIGÉ : les dix minutes d'entretien ont été un bon test.

1. l'élève n'a pas su dessiner la carte, même grossière.
2. n'a pas su donner la superficie de la calotte au-dessus du cercle polaire.
3. a compris le phénomène de gel et dégel (heureusement) mais sans le quantifier.
4. a été incapable de calculer la longueur du jour au Solstice d'été à Tromsoe.
5. qq questions de culture générale : l'Antarctique, enjeux, statut, différence avec l'Arctique...
6. fin d'interro : note 5/20.
7. corrigé : n'a pas su se servir en parallèle des deux ordinateurs à sa disposition. vitesse de frappe au clavier notoirement insuffisante: n'a pas travaillé assez sa dactylographie. Malgré tout, il montre qu'il a déjà travaillé pour faire une doc rapidement.les questions de culture générale ont aussi bcp pénalisé le candidat : la classe ne le lui a pas pardonné. Ceci dit, après relevé des questionnaires de la classe, on s'aperçoit de l'inculture générale des élèves.

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Raconter l'Histoire de l'effet de serre

Historiquement, il est connu qu'il fait plus chaud dans une serre de verre : la véranda (bar_andah des indes).

1. De Saussure(1740-1799) lors de son expédition au Mont Blanc a l'idée de mettre 4 boîtes emboîtées de façon a augmenter l'effet.
2. Fourier(1768-1830) décrit l'appareillage dans sa "théorie analytique de la chaleur(1828) et dès 1824 publie "remarques sur la température des planètes".
3. Pouillet(-)en 1838 évoque les GES (gaz à effet de serre) dont l'air fixe (CO2) de Black(1728-1799).
4. Tyndall(-1893) va confirmer par spectroscopie dès 1861.
5. Arrhénius(1859-1927) ajoute ozone et méthane et premier écologiste, attribue le réchauffement à une cause anthropique(1900).
6. Depuis 1958, le télescope d'Hawaï et sa station météo relève le taux de CO2 : une fois gommée les variationssemiannuelles, il apparaît clairement l'élévation régulière du taux de CO2.
7. 1972 : Club de Rome et rapport Meadows (ancêtre du GIEC !)
8. 1979, puis 1988 lancement du GIEC , 4eme rapport nov 2007 ; 5ème en 2012.

Raconter la mesure de l'effet de serre

1. 2006 : le Metop (mtéo Operational) lancé par le Cnet et l'ESA, contient l'IASI.
2. 1998 : NOAA15 'nasa' contient AIRS, et projet ATOVS
3. ébauche à compléter : Milne-Schwartzschild, Hopf,Richardson (celui des fractales) Chandrasekhar(1910-1995, Nobel 1990?) en 1950, GARP_1980, échec IRCCM_1981
4. Bjerknès(1862-1951) est le pionnier

Raconter le problème inverse ;mesure de T + humidité

1. ébauche : 2000 Rodgers
2. King(1956)Tikhonov(1963)Nozik(1969)Chahine(1970)
3. satellites : Vanguard(1959)Tiros(1961)Nimbus, NOAA2(->1978), Tiros_N (avec HIRS_2 et SSU), NOAA_15(1998),T-Poseidon, Envisat, METOP(2006), Cryosat(2010?)