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Je vous avais déjà parlé des mirages et vous connaissez tous l’arc-en-ciel, mais saviez vous qu’il existe plein d’autres effets comme ça : souvent liés à la diffusion/diffraction/réfraction de la lumière sur les couches atmosphériques, dans l’eau des nuages ou les particules de glace en haute atmosphère ?

Les phénomènes qui suivent sont rares, voire extrêmement rares et ne sont observables qu’à certains endroits sur Terre et avec des conditions météorologiques et des positions du Soleil (ou de la Lune) dans le ciel très précises. Vous l’aurez compris, voir ces phénomènes est une chose rare et une chance, encore plus grande que de voir un arc-en-ciel, qui est bien commun à côté de ceux-là.

Le rayon vert

Mirage green flash

Au coucher du soleil, le soleil rouge disparaît lentement sous l’horizon, la dernière chose qui reste visible juste avant qu’il ne disparaît complètement est un flash vert très bref.

L’origine physique est la dispersion de la lumière, à laquelle s’ajoute l’origine de la couleur bleue du ciel. Le ciel est bleu parce que cette couleur (comme le violet) est beaucoup plus déviée par les molécules de l’atmosphère que ne le sont les autres couleurs : le bleu nous arrive donc de partout au lieu de nous parvenir uniquement du Soleil.
Notre étoile nous apparait donc (en simplifiant) : blanc–bleu = jaune.
Sans le bleu, la plus grande fréquence parmi les couleurs qui restent est donc le vert.

Au coucher du soleil, la lumière verte étant plus déviée vers le bas, l’image verte du soleil a sa position apparente légèrement plus haute dans le ciel : elle a donc un peu plus de temps pour se coucher.

Les rayons vert du soleil sont ainsi les derniers à se coucher, et donc visibles quelques secondes de plus.

Le parhélie (ou la parasélène)

parhelie

Vous voyez 3 soleils (mieux que sur Tatouïne, sans drogue, juste une combinaison de chance et de science !) : le Soleil normal ainsi que deux images de part et d’autre. Il s’agit de la déviation de l’image du Soleil par les cristaux de glace de l’atmosphère, ces cristaux étant tous de forme hexagonale, la déviation est alors de 22°. On voit alors deux autres Soleils de chaque côté, à 22° du vrai.

Si on voit 3 Soleils, on parle de parhélie (du grec helios, le Soleil) et si on observe ça avec la Lune on parle de parasélène (du grec seléné, la Lune). La parasélène est encore plus rare que la parhélie.

Le pilier solaire

light-pillars

Ce sont des colonnes de lumière au dessus du Soleil. Ils sont aussi visibles au dessus de fortes lumières des villes (photo) par grand froid (–20°C) : les cristaux de glace plats et horizontaux agissent comme plein de miroirs qui renvoient la lumière du soleil couchant vers l’observateur.

Le spectre de Brocken

Spectre_Brocken.jpg

En montagne, le spectre de Brocken est visible quand l’observateur se trouve entre le soleil et les brouillards ou nuages : l’ombre de l’observateur se projette donc sur le nuage, ce qui forme une silhouette sombre en contre bas.
La tête de la silhouette est entouré d’un halo coloré par réflexion de la lumière sur les gouttelettes en direction qui n’est visible que pour l’observateur, renforçant l’idée d’un fantôme.

La bande d’Alexandre

bande d’Alexandre

Il s’agit de la bande sombre qui est visible entre deux arcs-en-ciel classiques : à cause de la réflexion de la lumière dans l’eau, la lumière est réémise vers le bas (arc-en-ciel inférieur, le plus lumineux) mais aussi vers le haut si la lumière fait une réflexion supplémentaire (arc-en-ciel supérieur, moins lumineuse). Entre les deux, il y a une bande qui est moins éclairée : c’est la bande d’Alexandre.
Le nom fait référence à Alexandre d’Aphrodise, qui remarqua cette zone sombre il y a plus de 2200 ans.

La poussière de diamant

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Il s’agit d’une formation de cristaux de glace dans l’air lors des premiers rayons de soleil les matin très froids. Les rayons du soleil subliment la neige du sol (qui passe directement de solide à gaz, sous l’effet du choc thermique) et se mélange à l’air encore très froid. L’eau sous forme de gaz se condense ensuite sous forme de mini-cristaux de glace qui scintillent dans l’air, telle de la poussière de diamant.

Quelques autres phénomènes

Pour conclure cet articles, j’ajoute aussi quelques autres phénomènes tout aussi beaux mais un peu moins spectaculaires, comme l’arc circumzénithal (arc en ciel inversé en haute atmosphère, dû à la glace des cirrus), le cercle parhélique (qui rejoint le parhélie, mais où l’on voir un cercle complet), l’arc de cœur (encore un effet proche du parhélie, mais où les rayons sortent d’une autre face du cristal de glace) ou bien le parasélène qui est un parhélie mais de la Lune.

J’aimerais ajouter que j’ai découvert les phénomènes du spectre de Broken, du pilier solaire et de la poussière de diamant dans le manga de Détective Conan, qui contient énormément de petites explications/descriptions de phénomènes comme ceux là (également parfois de chimie, de maths, de génétique, d’art, de technologie, de magie…).

Site externe :

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starlight L’année lumière, c’est une unité de distance et non pas de durée.

C’est la même chose quand vous dites « j’habite à une heure de Paris » : on parle en fait d’une distance, mais une distance calculée en fonction d’une durée et d’une vitesse (celle de la voiture).

L’année lumière c’est le même principe : il s’agit de la distance parcourue en une année en se déplaçant à la vitesse de la lumière.
Ça représente 9'460'895'288'762,850 km.

image de bulliver

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magnet.jpg Derrière ce titre trompeur (un aimant n’a pas « d’énergie » en lui) se cache une question que beaucoup se sont posés la dernière fois que j’avais parlé des aimants.

Les aimants sont fascinants. Les phénomènes magnétiques semblent dégager une sorte d’aura magique, mais ce n’est pas une raison pour partir dans des délires.

Pour faire court : un aimant ne contient pas d’énergie particulière. Il ne contient même pas une source d’énergie. Il possède juste autour de lui un champ magnétique constant.

La seule chose qu’un aimant puisse faire que d’autres objets ne peuvent pas, c’est attirer certains métaux vers lui (fer, nickel, cobalt, alliage néodyme-fer-bore…) ainsi que d’autres aimants (qu’ils soient permanents ou pas).

Comment ? En déformant le champ magnétique ambiant avec leur propre champ magnétique. Tout comme une bille de plomb posée sur une toile tendue y forme un creux où les objets sont susceptibles d’y tomber.

Un aimant génère en effet un champ magnétique autour de lui, c’est ce qui fait d’un aimant, un aimant. Pour simplifier, ceci est dû à l’orientation des électrons dans les atome : un électron constitue une charge en déplacement. Cela induit un champ magnétique. Quand tous ces champs magnétiques sont alignés, leurs forces s’additionnent et le champs magnétique de l’atome est non neutre.
Si en plus de cela tous les atomes (et groupes d’atomes nommés « domaines de Weiss ») s’orientent dans le même sens, alors le champ magnétique produit par l’objet considéré est non nul.

Seuls certains matériaux peuvent avoir ces caractéristiques en même temps : le fer en est un exemple. Le nickel, le cobalt en sont deux autres. Ces métaux peuvent dont devenir des aimants permanents.

Et l’énergie alors ?
Certains pensent qu’on peut extraire de l’énergie d’un aimant comme on peut extraire du jus d’une orange. C’est faux.

On l’a vu, la seule particularité d’un aimant devant un autre matériaux, c’est l’arrangement ordonné des électrons dans les atomes et des atomes. Il ne s’agit que d’un arrangement, pas d’un moyen de stocker de l’énergie.
Si on chauffe un aimant au dessus d’une température dite « de Curie », alors les atomes se désorientent et l’aimant n’en est plus un, mais c’est tout ce qu’il est possible de faire : ce n’est pas de l’énergie mais un état.

image de daynoir

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… ce dernier mesurerait 21 mètres d’arête mais pèserait plus de 200 000 tonnes.
(c’est tout l’or des réserves accessibles et celui déjà extrait depuis le début de l’humanité)

Il est parfois amusant de faire des comparaisons foireuses.
Les chiffres qui suivent sont basées sur les estimations de présence des éléments dans la croûte terrestre : les cubes sont à l’échelle les uns des autres (avec un zoom pour le cuivre et le platine) et représentent les tailles relatives d’hypothétiques cubes fait avec le métal contenu dans la croûte terrestre.

composition-de-croute-terrestre.jpg
Tous les métaux ne sont pas présents, et donc pas non plus tous les éléments. En comptant les non-métaux, le silicium est le second élément le plus présent en masse dans la croûte terrestre, le premier est l’oxygène (associé bien souvent au silicium, et donc sous forme de silice).

Parallèlement, l’osmium, bien que le métal le plus rare de la terre (on en produit moins d’une tonne par an dans la monde, à comparer aux 2500 tonnes d’or annuels), n’est pas l’élément le plus rare.
On estime en effet que les réserves d’Astate ne se limitent qu’à environ 25 à 30 grammes sur la planète (sans cesse renouvelés par désintégration radioactive).

Enfin, d’autres matériaux comme le Technétium ou le Neptunium sont artificiels et n’existent pas à l’état naturel de minerai.

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Depuis quelques mois, j’ai fait l’acquisition de divers gadgets scientifiques. Ce sont des jouets ou des objets de décorations, mais avec beaucoup de science cachée dedans.

Ce que j’admire dans ces choses, c’est que certains ont plusieurs siècles, sont entièrement mécanique et fonctionnent sans piles. Ce sont des gadgets qu’il est toujours sympa d’avoir quelque part chez soi (oui, la science peut vous faire oublier votre addiction à votre smartphone !)

Voici quelques-uns de ces objets, avec les explications qui vont avec, naturellement.
Tout ceux que je présente ici n’a besoin ni de piles ni de source de courant et sont totalement propres à l’usage.

Le mini moteur de Stirling

Placé sur une surface chaude, comme une tasse de café ou un radiateur, ce moteur se met à tourner.
La clé du phénomène réside dans la différence de température entre la face supérieure et la face inférieure : c’est le transfert de chaleur qui va engendrer dilatations et compressions des gaz à l’intérieur puis un mouvement cyclique des pistons (comme dans tous les moteurs thermique).

Les phénomènes physiques mis en jeu sont l’équivalence travaille-chaleur et la loi des gaz parfaits.

On en trouve sur le net assez facilement. Certains très sensibles (tournent avec la la chaleur de la main) coûtent jusqu’à 500 €, mais les modèles de base sont disponible à moins de 30 € sur eBay.

Disque d’Euler

Quand on pièce tombe sur une surface lisse, elle fait du bruit en tournant durant un petit moment. Imaginez un disque qui tourne comme ça pendant plusieurs minutes… Le disque d’Euler est un de ces objets.

Ici, c’est l’effet gyroscopique qui l’empêche de tomber. Normalement un objet en rotation tend à rester orienté toujours dans le même sens (par conservation du moment angulaire). Ici, la force de gravité poussant le disque vers le bas, l’effet gyroscopique se manifeste par une force tournée à 90°, donc horizontalement. Résultat, le disque ne tombe pas mais son axe tourne. La direction de chute est donc sans cesse décalée et la chute est ralentie.

En l’absence total de frottements solides et fluides (de l’air), il tournerait indéfiniment.

La forme du disque, ses finitions, ainsi que sa masse et sa taille, importantes, font que le disque d’Euler tourne particulièrement longtemps, et de plus en plus vite (d’où le son de plus en plus aigu qui est produit).

Radiomètre de Crookes

Ce petit moulin placé dans une enceinte de quasi-vide se met à tourner quand on l’éclaire. Certains le nomment l’éolienne solaire.

L’explication réside dans le fait que chaque pale à un côté noirci et un côté argenté : le côté noirci absorbe d’avantage la lumière, chauffe plus et réchauffe donc aussi le peu de gaz situé de son côté. Par suite, le gaz plus chaud d’un côté se détend et exerce une pression plus grande sur la face noircie, d’où une mise en rotation de l’hélice (parfois jusqu’à 450 tours par minute)

Il est marrant de constater que seule la lumière chaude (soleil, bougie, ampoule à incandescence) fait tourner l’hélice : une source de lumière froide (tube fluorescent, DEL) ne fonctionnent pas.
Ces trucs sont trouvables pour moins de 5€ sur eBay.

Pendule de Newton

Un grand classique : la quantité de mouvement d’une bille est intégralement transmise à la bille opposée, sans mettre en mouvement les billes intermédiaires.
Évidemment, les pertes et les frottements finiront pas arrêter l’ensemble au bout de quelques secondes.

L’oiseau d’Einstein

Tout comme le moteur de Stirling un peu plus haut, cet objet bascule de façon continue grâce à une différence de température et un fluide qui se déplace.

C’est la différence de température entre l’ampoule en haut et l’ampoule en bas qui génère un mouvement périodique. Chauffé à la base, le liquide (du chlorure de méthylène) s’évapore partiellement et se détend, poussant le liquide vers le haut où l’oiseau passe dans un état de déséquilibre. En haut, l’ampoule refroidie liquéfie le gaz qui coule en bas et c’est reparti pour un tour !
Le refroidissement est assuré par de l’eau qui absorbe la chaleur pour s’évaporer.

Le gyroscope

Encore un classique.

Tout objet en rotation possède une grandeur nommée « moment angulaire ». Sa représentation est un vecteur qui tend à rester constant en intensité et en direction : le gyroscope en rotation tendra donc à conserver sa position la plus longtemps possible, et restera donc debout sans tomber.

Du Gallium

C’est un métal, majoritairement produit en France (d’où le nom) qui a la particularité de fondre à 30°C.
C’est parfait pour Halloween : si vous la moulez en cuillère, elle fondra dans une tasse d’eau chaude !
En revanche c’est assez cher (comptez entre 500 et 1000€ le kg).

La toupie lévitron®

C’est une toupie avec un aimant flottant au dessus d’un socle lui aussi aimanté. Les deux champs magnétiques se repoussent. Pour éviter que la toupie ne se retourne et se trouve dans une configuration où elle est attirée vers le socle, il faut qu’elle tourne : la conservation du moment angulaire l’empêche de se retourner.
Celui là est un jouet plutôt cher (80€ pour certains), et il est bien possible de les fabriquer soi même avec des aimants puissants. La clé étant un équilibre parfait entre le poids de la toupie, l’attraction des aimants et l’axe de la rotation : tous doivent être parfaitement alignés, et c’est pour ça qu’il faut parfois de la patience (comme sur la vidéo du lien) pour y arriver.

Le thermomètre de Galilée

Encore un classique, mais là aussi il y a de la science contenu dedans : le liquide transparent dans le tube a une densité variant avec la température. Les fioles colorées, elles, sont de densités fixes (elles ne se dilatent pas car fermées), différentes est ajustées.

Leur ajustement est telle que la fiole étiquetée à 20°C a la même densité que le liquide autour à une température de 20°C. Ainsi, à 21°C, la densité du liquide diminue, la fiole coule. À 23°C, c’est la fiole étiquetée à 22°C qui coule, et ainsi de suite. En refroidissant, l’augmentation de la densité permet aux fioles de remonter une à unes. La température se lit donc en regardant sur la dernière fiole en bas, ou celle qui est justement en train de tomber ou monter.

Les fioles contiennent un mélange d’eau-éthanol dont les dosages permettent d’atteindre les densités voulues.

Le baromètre de Fitzroy

Arfy me signale l’existence ce cet objet. C’est un tube rempli d’un mélange d’eau-éthanol et contenant divers sels (salpètre, chlorure d’amonium…) qui cristallisent à différentes températures. La forme de cristallisation dépend également de la vitesse de variation de la température (comme pour l’acier : si on le trempe il est amorphe et plus solide).
Il n’a en revanche jamais pu être prouvé que cet appareil indiquait correctement la météo.

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Bonjour tout le monde !

Bon, je vais pas me présenter, je pense que vous me connaissez tous plus ou moins, je suis Le Hollandais Volant, et ce site sera dédié à mes articles scientifiques.

Ça permettra de mettre en avant les articles scientifiques de façon indépendante.

Les anciens articles resteront sur lehollandaisvolant.net, à moins que je les rapatrie ici (je vais voir).

Bref, je commence bientôt :D.

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