Suivez le récit des aventures de petits physiciens en "herbe" à Toulouse. Vous découvrirez comment ils se sont battus face au destin dans un Univers hostile au sud de la France...

Dimanche 28 avril :

Après une heure de vol, nous sommes enfin arrivés à Toulouse à 13h30. Il nous a fallu encore attendre plus d’une heure et demie à l’aéroport pour prendre un bus nous amenant à l’hôtel des Ambassadeurs.
Nous nous sommes ensuite répartis les chambres et nous nous sommes installés.
L’après-midi, nous avons visité un festival consacré aux jeux. Puis, nous avons eu l’autorisation de sortir le soir pour aller explorer Toulouse et aller manger.

Lundi 29 avril :

Nous nous sommes levés assez tôt et après avoir pris un bon petit déjeuner, nous nous sommes mis en route pour aller visiter la Cité de l’Espace. Nous avons reçu un ticket qui nous permettait d’entrer et de sortir à notre aise et avons commencé la visite en fin de matinée.
Premièrement, nous avons visité le rez-de-chaussée de la cité. Dans cet étage, il y avait beaucoup de choses qui faisaient allusion à la force de gravitation qu’exercent généralement les planètes sur d’autres objets. Nous pouvions faire quelques expériences qui nous démontraient cela, comme par exemple une sorte d’entonnoir dans lequel nous laissions rouler des pièces qui en fonction de leur masse tournaient longtemps ou au contraire ne tournaient que très peu de temps dans l’entonnoir.
Ensuite, nous avons visité le premier étage. Cet étage nous montrait surtout comment et avec quoi les astronautes se lancent à la conquête de la Voie Lactée, notre galaxie, notamment grâce à la naissance de la fusée. Nous pouvions aussi utiliser des simulateurs qui nous montraient par exemple comment se déplace un astronaute dans l’espace ou bien comment et de quoi est constitué le sol de la planète Mars.
Pour finir la visite du bâtiment, nous avons visité le deuxième et dernier étage. Nous avons pu y découvrir des films qui traitaient pour la plupart de la théorie de la relativité d’Albert Einstein. Il y avait aussi des petites installations qui recréaient les constellations les plus connues.
Puis, toujours à la Cité de l’Espace, nous sommes allés manger et avons repris notre visite. Nous avons regardé deux films. Le premier était projeté en 3D et racontait comment nous sommes parvenus à améliorer notre vision de l’Univers grâce aux perfectionnements apportés à plusieurs reprises sur le télescope spatial Hubble. Dans le film, on accompagne justement la dernière équipe d’astronautes à avoir effectué des réglages sur celui-ci.
Pour ce qui est du deuxième film, je sais qu’il s’agit d’un film décrivant notre Univers. Mais pour être sincère, je ne l’ai presque pas vu car je tombais de fatigue ce jour là, il faisait terriblement chaud.
Le soir venu, nous sommes de nouveau allés manger tous ensemble dans un restaurant toulousain pour y goûter des spécialités locales.

Mardi 30 avril :

Nous avons visité un peu la ville de Toulouse. Nous sommes allés entre autres à la place Capitole ou encore à la Salle des mariages et avons pu « admirer » de magnifiques statues et de très beaux tableaux. Nous sommes aussi allés dans le Couvent des Jacobins. Puis, les professeurs nous ont libérés pour le reste de la journée.

Mercredi 31 avril :

Ce jour là, les professeurs nous ont préparé une matinée « spécial physique », autrement dit : un cours de rattrapage.
En effet, nous devions nous remettre dans le bain.
Nous avons donc fait des groupes de cinq ou six élèves de deuxième et de troisième année mélangés. L’étape suivante consistait à résoudre quatre problèmes en rapport avec les lois de Newton, des exercices de dynamique que nous avons bien entendu résolus haut la main. ^^
Cela étant fait, nous sommes allés nous préparer pour la deuxième visite : les ateliers d’Airbus.
Nous avons pris deux bus. Après quoi nous sommes arrivés en plein milieu de nulle part et avons dû parcourir une distance non – négligeable sous un soleil de plomb (la preuve en est que certains d’entre nous avons enlevés nos t-shirts tellement la chaleur était insupportable).
Une fois arrivés à destination, nous avons reçu une carte de visiteurs qui nous permettait d’avoir accès au le site.
Nous avons commencé par visiter le Concorde, premier avion de ligne supersonique pouvant dépasser Mach 2. Grâce à cet avion, il était possible d’effectuer le trajet Paris – New York aller-retour en une journée ! Malheureusement, nous ne pouvons plus faire cela car le Concorde n’a plus l’autorisation de voler depuis 2003 pour diverses raisons dont des raisons écologique.
La guide nous a ensuite montré un film dans lequel nous pouvions voir un vol test du Concorde.
Après cela, nous nous sommes rendus dans le bâtiment dans lequel l’assemblage des A380 a lieu.
Les pièces de l’Airbus A380 proviennent principalement de l’Angleterre, l’Allemagne, l’Espagne et la France elle-même.
Les avions sont assemblés à Toulouse dans quatre salles différentes et sont finalement exportés dans les pays les ayant commandés.
La visite terminée, nous sommes tous allés au KFC.
Le soir venu, nous sommes sortis une dernière fois car c’était le dernier soir de notre séjour à Toulouse.

Jeudi 1 mai :

Jeudi matin, nous avons fait nos bagages et avons rendu les clés de nos chambres. Nous nous sommes ensuite rendus à l’aéroport en bus. Finalement, nous avons acheté quelque chose à grignoter en attendant l’avion de retour.

Conclusion :

Tout au long de ce voyage, nous nous sommes bien amusés.
Nous avons appris pas mal de choses grâce aux visites. Cependant, j’ai trouvé dommage que l’on n’ai pas pu prendre de photos chez Airbus.
Pour tout le reste, il n’y a rien à redire. La nourriture était bonne et les horaires de travail assez flexibles. Je dirais que ce voyage a été un succès !

Certains modèles peuvent donner lieu à des comportements aberrants en raison de problèmes numériques. C’est le cas du modèle de l’oscillateur harmonique si l’on ne prend pas les bonnes précautions.

Considérons une masse m accrochée à un ressort et faisons coïncider l’origine de l’axe x qui permettra de repérer sa position avec la position d’équilibre de la masse. Si on néglige le frottement dû à l’air, la masse subit deux forces :
– son poids P=mg dirigé vers le bas
– une force de rappel F=-kx due au ressort.

La constante de proportionnalité k entre l’écart x de la masse par rapport à sa position d’équilibre et la force de rappel est appelée « raideur » du ressort. Le signe « moins » signale que la force de rappel est toujours opposée au déplacement x de la masse.

La relation fondamentale de la dynamique permet de définir l’accélération de la masse à partir des forces qui agissent sur elle. L’intégration de cette accélération sur le temps fournit la vitesse de la masse, puis, l’intégration de cette vitesse donne sa position x par rapport à la position d’équilibre. Le modèle Stella se présente donc ainsi :

Modèle d’oscillateur harmonique : une masse accrochée à un ressort subit deux forces : son poids et une force de rappel proportionnelle à l’écart x par rapport à sa position d’équilibre.

En choisissant une masse m de 1 kg et une raideur k de 2.47 N/m, en plaçant la masse en x₀=0 avec une vitesse initiale v₀=0 et en lançant la simulation, nous obtenons les horaires suivants pour la position x et la vitesse v de la masse :

Horaires de la position et de la vitesse de la masse : ces deux horaires sont manifestement faux ! Un oscillateur auquel on ne fournit pas d’énergie ne peut ni augmenter son amplitude d’oscillation ni accroître la grandeur de sa vitesse maximale.

L’horaire de la position fait état d’une augmentation d’amplitude et celui de la vitesse d’un accroissement de la grandeur de la vitesse maximale de la masse lorsqu’elle passe par sa position d’équilibre ! Or, dans ce modèle, l’énergie mécanique de l’oscillateur (énergie potentielle de gravitation + énergie cinétique) devrait rester constante car il n’y a aucune source d’énergie ! Il s’agit d’un artefact lié à l’intégration numérique.

Conclusion

Dans tous les modèles, mais plus particulièrement dans ceux permettant de simuler des oscillations, il faut être attentif aux risques d’erreurs liées entre autres aux méthodes numériques. Un bon moyen de savoir si la méthode utilisée est appropriée consiste à diviser le pas d’intégration par deux. Si le comportement simulé change, vous avez affaire à un problème d’intégration numérique, et tant que ce comportement dépend du pas d’intégration, la méthode est inappropriée.

Activités
– Construisez un modèle Stella d’oscillateur harmonique.
– Simulez le mouvement de ce dernier en adoptant :

• la méthode d’Euler
• la méthode de Runge-Kutta d’ordre 2
• la méthode de Runge-Kutta d’ordre 4

et en utilisant différents pas d’intégration avec chacune de ces méthodes.

Voir aussi :
– L’oscillateur harmonique
– Rotation et oscillation
– Le saut à l’élastique
– Saut à l’élastique, cas général
– Circuit électrique et oscillateur harmonique
– Oscillations
– Exercices sur les oscillations harmoniques

From Wolfram Demonstrations Project :
– Harmonic Oscillation
– Superposition of Waves

Wolfram Demonstrations Project : mode d’emploi