Quels sont les outils les plus importants utilisés en physique?
Vulgarisation en physique
La captation de phénomènes physiques est également le siège de nombreuses innovations récentes. Les caméras ultra-rapide permettent de filmer des expériences de physique au ralenti. Certains outils de physique permettent également de nouvelles visualisations de certains phénomènes de physique, par exemple les microscopes à effet tunnel comme celui utilisé pour réaliser un film de vulgarisation des chercheurs d'IBM. Des nouveaux formats sur internet se développent autour de la prise de parole des chercheurs à la fois sur des sujets de vulgarisation de physique, mais aussi sur leur vie de chercheur, à travers plusieurs blogs comme ceux regroupés dans le site agrégateur Cafe-Science, ou à travers l'utilisation de Twitter. De nouveaux formats courts de vidéos se développent pour expliquer la physique différemment (voir #Medias). Des formats de type conférences et cours en ligne avec interaction via un forum intitulés MOOC sont développés, par exemple le MOOC Unisciel Quidquam développé par Unisciel traitant de la physique au quotidien.
Musée Galilée
Dans les neuf salles du premier étage se trouvent les appareils scientifiques de la maison de Habsbourg-Lorraine (), qui témoignent de la remarquable contribution toscane et italienne au développement de l’électricité, de l’électromagnétisme et de la chimie. Parmi les objets exposés, il y a le cires obstétriques de l’hôpital Santa Maria Nuova, le comptoir chimique du grand-duc Pierre-Léopold de Lorraine et les magnifiques machines de démonstrations des principes physiques fondamentaux, construits par l’officine du musée de physique et histoire naturelles. Outil
Alors que les premiers outils créés nécessitent une manipulation humaine, intervient ensuite l'énergie animale, puis des outils fonctionnant avec une énergie non animale : sans doute le moulin, à eau ou à vent. Pour Jacques Grinevald, la révolution carnotienne qui entraîne le basculement dans une "société thermo-industrielle" avec l’utilisation massive de l’énergie fossile (charbon puis pétrole) constitue un tournant décisif. Désormais la « puissance du feu » permet l'avènement d'une machine nouvelle, construite autour d'un moteur et qui constitue une "bifurcation dans l'histoire de l'outil", en permettant de s'affranchir de la force motrice de l'homme, de l'animal, des éléments naturels, et de leurs limites et caractère aléatoire. Science des matériaux
Jusqu'au l'utilisation des matériaux était essentiellement empirique. Une évolution majeure a eu lieu quand Josiah Willard Gibbs (1839-1903), physico-chimiste américain, réussit à démontrer que les propriétés thermodynamiques reliées à la structure atomique avaient un lien direct avec les propriétés physiques d'un matériau. À la suite de cela, la science des matériaux ne s'est plus limitée aux métaux ou aux céramiques et s'est considérablement diversifiée, notamment avec le développement des plastiques, des semi-conducteurs après la Seconde Guerre mondiale. Aujourd'hui, le principal moteur de l'innovation de cette science est constitué par le développement de nouvelles technologies destinées à des domaines de pointe tels que les nanotechnologies (l'infiniment petit) ou l'aérospatial. Physique numérique (théorique)
La première présentation officielle de l'idée que l'information pourrait être la quantité fondamentale au cœur de la physique semble être due à Frederick W. Kantor (un physicien de l'Université Columbia). Le livre de Kantor l'«Information Mécanique» (Wiley-Interscience, 1977) a développé cette idée dans le détail, mais sans la rigueur mathématique. Science et technologie byzantines
La "Physique" d’Aristote sera étudiée à Constantinople jusqu’au et fera l’objet d’abondants commentaires par Simplicius (vers 480 – 509), Michel Psellos (1017/1018 – 1078), Michel d’Éphèse () et Théodore Métochitès (1270–1332). On doit entre autres à Michel Psellos de nombreux travaux sur la matière, la couleur, le mouvement, l’écho, la pluie le tonnerre et les éclairs ainsi qu’à son contemporain, Syméon Seth, à qui on doit un "Traité de physique" en cinq livres (sur la terre, les quatre éléments, le ciel, la matière et l'âme, et la cause finale), d'inspiration aristotélicienne. Piston racleur
Les pistons instrumentés sont utilisés pour l'inspection des canalisations de transport de gaz. Ces canalisations sont propres et ne nécessitent pas (souvent) de raclage mais ces outils permettent de relever toutes les anomalies d'un pipeline et de mettre à jour les plans (cartographie par centrale inertielle, détection et localisation des soudures, pièces de forme...). Les pistons les plus connus sont les multiéléments ultrasonores piézo-électriques utilisés en pulse-écho, notamment utilisés dans le monde pétrolier et dans l'eau mais ceux-ci nécessitent un couplant (fluide liquide). Pour les inspections en service en gaz, l'outil utilisé est le (Magnetic Flux Leakage), un multiéléments à capteurs basés sur l'électromagnétisme, qui ne mesure pas directement l'épaisseur mais détecte les perturbations de flux magnétique induites par une variation d'épaisseur locale. Le plus courant est le MFL axial mais le MFL circonférentiel se développe pour réduire les incertitudes et mieux détecter les défauts orientés axialement, les plus sensibles pour l'intégrité. D'autres technologies apparaissent pour utiliser les ultrasons en gaz, notamment les outils et . Les basés sur les courants de Foucault existent également et sont pratiques car ces capteurs permettent une grande mobilité mais avec des performances moindres sur la détection, la résolution et le dimensionnement. Physique médicale
Dans le même temps, grâce à l'invention de la cavité résonante et du magnétron les accélérateurs linéaire se développent. Leur application à la médecine débute en 1952 au Royaume-Uni avec une machine de . L'année suivante, des accélérateurs de sont commercialisés. Des travaux sont effectués sur les tubes klystron notamment par Varian aux États-Unis et CSF en France. L'augmentation de leur puissance permet de créer de nouveaux appareils plus puissants et de commercialiser les premiers accélérateurs à tube klystron en 1956. Les principaux domaines d'activité de la physique médicale en milieu hospitalier sont la radiothérapie, l'imagerie médicale, la médecine nucléaire et la radioprotection. En 2008, la répartition des effectifs dans les services est estimée à 85 % en radiothérapie, 10 % en imagerie et 5 % en médecine nucléaire. Historique des tubes électroniques
Un grand nombre de composants furent construits entre 1920 et 1960 en utilisant la technique du tube à vide. comme le photomultiplicateur et le tube cathodique. Les photomultiplicateurs sont toujours les détecteurs de lumière les plus sensibles, utilisés en astronomie et en physique nucléaire. Des postes de télévision, des oscilloscopes et des écrans d'ordinateurs utilisent encore actuellement des tubes cathodiques, bien que les écrans plats (à plasma ou à cristaux liquides) se généralisent. Peter Galison
Dans "Image and Logic", Galison a exploré le fossé fondamental qui se pose dans les sciences physiques : soit des récits visuels uniques de phénomènes scientifiques sont acceptés comme langage dominant de la preuve, soit des résultats fréquemment répétés, statistiquement significatifs, dominent le terrain. Cette division, affirme Galison, peut être vue dans les conflits entre physiciens des hautes énergies qui étudient de nouvelles particules, certaines offrant une analyse statistiquement significative et fréquemment répétée de la nouvelle particule traversant des champs électriques, d'autres offrant une image unique d'une particule se comportant - dans un seul cas - d'une manière qui ne peut pas être expliquée par les caractéristiques des particules connues existantes. Géométrie euclidienne
Plus de après sa naissance, l'espace géométrique euclidien est un outil toujours efficace aux vastes domaines d'applications. À l’exception des échelles cosmiques et microscopiques, l'espace des physiciens reste encore principalement du domaine de la géométrie euclidienne. Explosion de vapeur d'eau
Ainsi, actuellement, ce phénomène est modélisé via des logiciels de simulation numérique multiphasique, multidimensionnelle. Ces outils sont principalement utilisés dans l'industrie nucléaire. En France, le seul logiciel de ce type existant est le code MC3D, issu d'une collaboration entre le CEA et l'IRSN (pour faire simple). Ces outils mettent en œuvre une modélisation très complexe devant gérer des conditions physiques très particulières (des milliers de degrés, des centaines de bars) avec des phénomènes multiples et très complexes. Le point le plus critique actuellement est sans doute la modélisation de la phase initiale de mélange entre les fluides. Ainsi, aussi sophistiqués que soient ces outils, il existe de nombreuses zones d'incertitudes tant en ce qui concerne la physique elle-même que la modélisation (la description numérique de la physique). Géomécanique
L’étude du comportement mécanique des formations meubles de couverture, les sols, ressortit à la mécanique des sols, la plus ancienne, la plus connue et la plus pratiquée de ces disciplines parce que la plupart des problèmes géotechniques se posent pour la mise en œuvre de ces formations lors de la construction de la plupart des ouvrages de subsurface ; la mécanique des roches en est l’adaptation aux études du comportement mécanique des formations dures plus ou moins profondes. La distinction de la mécanique des sols et de la mécanique des roches qui manipulent les mêmes théories selon des démarches analogues est historique et pratique : depuis le : mécanique des sols aux terrassements et au bâtiment ; depuis le milieu du : mécanique des roches aux grands ouvrages - barrages, galeries…. L’étude de l’écoulement de l’eau dans le sous-sol perméable sous l’effet de la gravité et/ou par pompage ressortit à l’hydraulique souterraine. Ces trois disciplines ont pratiquement les mêmes moyens de recueil des données de terrain – sondages, essais "in situ" (pénétromètre, pressiomètre...) et de laboratoire (œdomètre, triaxial...), les mêmes modèles de formes géométriques ou numériques, très schématiques - deux dimensions, droites, cercles…, construits sur des données locales, peu nombreuses et peu précises - valeurs de quelques paramètres censés caractériser le milieu virtuel représentant le géomatériau (densité, angle de frottement, cohésion, perméabilité…) -, les mêmes méthodes de calcul - intégration d’équations de champs très complexes dont, au mieux, on ne connaît que les équipotentielles de surface. Cela impose des conditions initiales et aux limites simplistes à des calculs plus ou moins compliqués, réduits "in fine" à des formules biunivoques - à une seule et même cause (effort, pression, contrainte…) correspond toujours strictement un seul et même effet (déplacement, déformation, écoulement…) -, dont les résultats ne sont que des ordres de grandeur. Depuis le , ces résultats ont été successivement obtenus par des méthodes de calcul graphiques, puis trigonométriques, analytiques et enfin numériques que, maintenant, on utilise plus ou moins conjointement. Instrument de calcul
Les variables sont des longueurs, des tensions, des intensités, ou des températures, etc. qui varient de façon continue en fonction du temps.Les organes de calcul utilisent l'énergie électrique. Ce sont des contacts, des électro-aimants, ou des composants électroniques. Les nombres sont traduits en impulsions électriques. La mécanique reste plus ou moins largement utilisée pour les organes de saisie, de stockage et d'impression. Actuellement seules les trois dernières sont habituellement utilisées, combinant toutes les fonctions. E8 (mathématiques)
Parmi les objets sous-jacents aux groupes de Lie, on trouve toutes sortes de figures géométriques telles que les sphères, les cônes, les cylindres dans l’espace à trois dimensions. Mais les choses se corsent lorsque l’on étudie ces objets dans des espaces de dimensions supérieures. « Comprendre et classer les structures formula_1 a été critique pour comprendre des phénomènes dans de nombreux domaines des mathématiques incluant l’algèbre, la géométrie, la théorie des nombres ainsi que la physique et la chimie », commente Peter Sarnak, professeur de mathématique à l’université de Princeton et président du comité scientifique de l’AIM. Mesure physique
Une force (dont l'intensité est exprimée couramment en newtons qui a la dimension masse × longueur × temps) peut se mesurer avec différents instruments dont le plus simple est le dynamomètre, qui consiste en un ressort assorti de graduations. Certains des instruments de mesure de masse, ceux qui n'utilisent pas de masse de référence, mesurent en réalité une force, et convertissent en utilisant la valeur du champ de gravité terrestre. Ainsi, une balance à plateau serait aussi exacte sur la Lune que sur la Terre, tandis qu'une balance à ressort ou électronique se tromperait d'un facteur six. Annalen der Physik
Le journal a plusieurs fois changé de titre au cours de son histoire :Au début du , l'allemand est la langue de référence dans le domaine de la physique, et la revue, alors publiée dans cette langue est la revue de référence. L'anglais a depuis pris le dessus, et "Annalen der Physik" est publiée de nos jours en langue anglaise. De nombreux travaux majeurs y ont initialement été publiés. Parmi les articles célèbres figurent notamment les quatre papiers d'Albert Einstein publiés en 1905, ainsi que des travaux de Heinrich Rudolf Hertz sur l'effet photoélectrique et Max Planck sur le corps noir. Triangle de la physique
Il regroupe les physiciens qui étudient les niveaux d'organisation "intermédiaires" de la matière, - de l'atome au solide - . Ils pratiquent une recherche "à l'échelle du laboratoire", mais utilisent aussi les grands et très grands instruments du Triangle (Synchrotron soleil, LLB, lasers de puissance). En concentrant et en coordonnant les efforts dans les domaines de compétences de l'optique, de la physique de la matière diluée et condensée, des milieux complexes, de la nanophysique et de la physique statistique, le RTRA se propose de compléter et d'équilibrer tout le continuum d'outils de soutien à la recherche et à l'innovation qui se met en place en utilisant les possibilités offertes par la loi-programme pour la recherche. Un programme ambitieux de formation par la recherche et d'enseignements innovants pourra être stimulé. David Hilbert
Dans le cadre de ses travaux en physique, Hilbert s'acharne à rendre plus rigoureuses l'utilisation des mathématiques. Alors que leurs travaux dépendent entièrement des mathématiques supérieures, les physiciens sont négligents lorsqu'ils manipulent les objets mathématiques. Pour un mathématicien du calibre de Hilbert, cette situation est difficile à comprendre, allant jusqu’à la qualifier de « laide ». Laboratoire de l'accélérateur linéaire
Le Laboratoire de l'accélérateur linéaire était un laboratoire de physique fondamentale dont les thèmes de recherche principaux sont la physique des particules (l'étude des constituants les plus élémentaires de la matière, le cœur de métier historique du LAL), les astroparticules (l'étude de rayonnements en provenance de l'univers) et la cosmologie (histoire, composition et évolution de l'univers). Le LAL comprenait un département accélérateurs dont les compétences allaient de la physique des accélérateurs de particules aux technologies nécessaires pour concevoir, construire et faire fonctionner de tels instruments. Le LAL comportait plusieurs services techniques (électronique & instrumentation, informatique et mécanique) auxquels s'ajoutaient les services administratif et infrastructure. Science des matériaux
Sur Terre, on ne trouve quasiment les métaux que sous forme d'oxydes. Cependant, ils sont peu utilisés sous cette forme (excepté dans le domaine de la microélectronique). On préfère les utiliser purifiés (exemples du cuivre et de l'aluminium) ou sous forme d'alliages. L'aluminium est le métal le plus abondant dans la croûte terrestre. Il faut également noter l'importance du fer, qui est très souvent utilisé sous forme d'acier ou de fonte après ajout de carbone. Laboratoire de physique nucléaire et de hautes énergies
Le Laboratoire de physique nucléaire et de hautes énergies est un laboratoire de physique fondamentale. Il est constitué de de recherche, de techniques (informatique, électronique, mécanique), et de support (administration, logistique). Le laboratoire est engagé dans plusieurs grands programmes expérimentaux, poursuivis dans le cadre de collaborations internationales auprès de très grandes infrastructures de recherche du monde entier, centres d’accélérateurs de particules et observatoires. Ces programmes couvrent les enjeux actuels de la physique des particules, des astroparticules, et de la cosmologie. Mathématisation de la physique
Depuis la découverte des quaternions par Hamilton, la physique utilise le dérivé naturel de ceux-ci à savoir les vecteurs. Maxwell base toute la théorie de l'électromagnétisme sur l'utilisation de vecteur. Pour rappel un quaternion utilise une composante réelle (qui est l'équivalent de l'intensité pour un vecteur) et 3 composantes imaginaires (qui sont l'équivalent des 3 repères spatiaux pour un vecteur). Théorie de la fonctionnelle de la densité
L'accroissement de la puissance informatique et le développement d'algorithmes de plus en plus performants ont contribué à l'évolution des techniques de modélisation des matériaux à l'échelle atomique. Il est actuellement possible de caractériser fidèlement les propriétés de nombreux matériaux en appliquant des méthodes basées sur les lois fondamentales de la mécanique quantique et de l'électromagnétisme. Même si l'étude pratique de systèmes complexes nécessite quelques approximations, les résultats ne dépendent d'aucun paramètre empirique ajustable. C'est la raison pour laquelle ces techniques sont communément appelées calculs ab-initio ou calculs des premiers principes. Ces méthodes ont été largement appliquées à l'étude des oxydes et ont contribué à améliorer notre compréhension de l'origine microscopique de leurs propriétés. La théorie de la fonctionnelle de la densité est actuellement la technique des premiers principes la plus largement utilisée en physique de la matière condensée. La DFT repose sur les deux théorèmes de Hohenberg et Kohn. Le premier théorème stipule qu’à une densité électronique donnée correspond une fonction d’onde unique. Le second théorème postule que l’énergie, fonctionnelle de la densité électronique, obéit au principe variationnel. Ainsi, selon les deux théorèmes de Hohenberg et Kohn, on peut connaître totalement l’état d’un système électronique en déterminant sa densité électronique et on peut obtenir la densité électronique de l’état fondamental en minimisant l’énergie du système. Liste de notations scientifiques
Cette page présente une liste des principales notations scientifiques utilisées en physique. Astrophysique
Les astrophysiciens utilisent une grande variété d’outils comme les modèles analytiques (tels que les polytropes pour obtenir le comportement approximatif d’une étoile) ou la simulation numérique sur ordinateur. Chaque outil a ses avantages. Les modèles analytiques d’un processus sont généralement meilleurs pour obtenir le fonctionnement interne. Les modèles numériques, eux, peuvent révéler l’existence de phénomènes et d’effets qui ne pourraient être vus autrement. Physique du solide
L'invention en 1931 de la microscopie électronique en transmission fournit l'outil d'un essor considérable de la métallurgie physique dans l'après-guerre. En 1955 apparaît le premier microscope électronique à balayage qui permet une analyse de la surface des échantillons beaucoup plus fine que le microscope optique. Il faut noter au passage le microscope électronique en transmission à balayage développé dans les années 1970 qui combine un faisceau d'électrons explorant la profondeur de l'échantillon avec les outils électroniques de reconstitution d'image du microscope à balayage. La mise au point en 1981 du microscope à effet tunnel permet l'observation des surfaces à l'échelle atomique. Un développement important sur le modèle du microscope à effet tunnel est le microscope à force atomique. Notons enfin la diffraction de neutrons et le rayonnement synchrotron qui nécessitent pour leur mise en œuvre un réacteur nucléaire ou un accélérateur de particules dédiés.Dans le cas idéal, le Graal du physicien du solide est d'extraire toutes les propriétés macroscopiques (magnétiques, électriques, mécaniques...) des propriétés atomiques – c'est-à-dire essentiellement des fonctions d'onde électroniques. Ceci n'est malheureusement pas toujours possible à cause de la très grande complexité induite par le grand nombre d'atomes mis en jeu dans le moindre échantillon (le solide est un objet macroscopique, et à ce titre, possède un nombre d'atomes d'un ordre de grandeur comparable avec le nombre d'Avogadro). Introduction à la mécanique quantique
La physique classique décrit la matière et l'énergie à l'échelle humaine, dans leur observation de tous les jours, y compris les corps célestes. Elle reste fondamentale pour tout ce qui concerne les mesures physiques pour la science moderne et la technologie. Mais à la fin du , les scientifiques ont découvert des phénomènes que la physique classique ne pouvait expliquer, tant à l'échelle macroscopique que microscopique. Comme l'explique Thomas Kuhn dans son analyse sur la philosophie des sciences, "La Structure des révolutions scientifiques", la compréhension de ces paradoxes a donné lieu à deux révolutions majeures en physique qui ont changé le paradigme de la science : la théorie de la relativité et le développement de la mécanique quantique. Thermodynamique
Les principales variables extensives utilisées en thermodynamique sont : le volume (noté formula_2 et mesuré en mètres cubes, de symbole ), la masse (formula_33, en kilogrammes, kg), la quantité de matière (formula_13, en moles, mol) ou le nombre de particules d'une espèce donnée (notée formula_35, sans dimension), l'énergie interne (formula_36, en joules, J) et l'entropie (formula_37, en joules par kelvin, J/K), ou encore l'enthalpie (formula_38, en joules, J). Caractérisation d'un matériau
Les essais mécaniques sont les plus couramment utilisés en production car ils permettent d’avoir des données sur les propriétés mécaniques, rapidement avec des appareils de mesure relativement simples.  Les principaux essais mécaniques sont : Dans le cas de matières très malléables, on peut utiliser des systèmes rotatifs (bi-disques) et non plus linéaires. Voir aussi Rhéomètre. Magnetospheric Multiscale Mission
Les quatre engins spatiaux emportent exactement les mêmes instruments scientifiques : des instruments d'analyse du plasma, des détecteurs de particules énergétiques, des magnétomètres, des instruments de mesure du champ électrique et des équipements destinés à maintenir le potentiel électrique du satellite le plus bas possible pour ne pas perturber les mesures. Les différents instruments se caractérisent par la fréquence (toutes les millisecondes) et la précision particulièrement élevées des mesures. Ces caractéristiques sont nécessaires pour identifier et cartographier les régions de diffusion de très petite taille (1 à ) et se déplaçant rapidement (10 à ) où se déroulent les processus de reconnexions magnétiques. Physique du solide
La délimitation est d'autre part de plus en plus floue entre la physique du solide et la science des matériaux. À l'origine, la physique du solide était une branche de la physique fondamentale, et la science des matériaux une branche de la physique appliquée. Il y a longtemps que cette distinction est caduque, sous l'effet d'une double évolution. La première évolution est celle de la physique du solide vers l'étude de systèmes de plus en plus complexes, et donc de plus en plus proches des systèmes réels et utiles. L'autre évolution est celle de la science des matériaux, qui, avec l'apparition de moyens fins d'investigation (comme le microscope électronique, qui permet une observation à l'échelle atomique) ainsi que d'élaboration (par exemple l'épitaxie, qui permet une élaboration de semi-conducteurs couche d'atomes par couche d'atomes) est parfois devenue une ingénierie des matériaux à l'échelle atomique. Elle s'est donc intéressée de très près aux phénomènes à cette échelle, et a ainsi empiété largement sur le domaine de la physique fondamentale. Au total, la distinction entre ces deux disciplines relève maintenant plus d'une nuance d'approche que d'autre chose. Mathématiques
Au , Galilée se rend compte que les mathématiques sont l'outil idéal pour décrire le monde physique, ce qu'on peut résumer en disant que les lois de la Nature sont écrites en langage mathématique. Les mathématiques constituent donc, avec la démarche expérimentale, l'un des deux piliers du développement de la Science moderne. Au cours du et du , les mathématiques connaissent de forts développements avec l'étude systématique des structures, à commencer par les groupes issus des travaux de Galois sur les équations polynomiales, et les anneaux introduits par Dedekind. Gaston Bachelard
Première thèse : les instruments scientifiques sont des (c'est la ). Et donc toute théorie est une pratique. Deuxième thèse : toute étude épistémologique doit être historique. Troisième thèse : il existe une double discontinuité : d'une part entre le sens commun et les théories scientifiques ; d'autre part entre les théories scientifiques qui se succèdent au cours de l'histoire. C'est la . Quatrième thèse : aucune philosophie (traditionnelle) prise individuellement (ni l'empirisme, ni le rationalisme, ni le matérialisme, ni l'idéalisme) n'est capable de décrire adéquatement les théories de la physique moderne. C'est le ou la . « Bref, affirme-t-il, il faut rendre à la raison humaine sa fonction de turbulence et d’agressivité. On contribuera ainsi à fonder un surrationalisme qui multipliera les occasions de penser. » Erreur scientifique
Divers procédés expérimentaux sont utilisés en métrologie pour déterminer la valeur des constantes physiques. De façon générale, les valeurs obtenues par ces différentes méthodes qui incluent leur incertitude de mesure sont incompatibles entre elles. Par exemple, certains laboratoires se servent de la balance de Kibble, un dispositif qui détermine la force de pesanteur en la comparant à une force électromagnétique, pour obtenir la valeur de la constante de Planck alors que d'autres laboratoires tentent d'obtenir cette valeur à l'aide du nombre d'Avogadro en déterminant le nombre d'atomes d'une sphère de silicium parfaite par la détermination de son volume et au moyen d'équations faisant intervenir d'autres constantes. Le Comité de données pour la science et la technologie (en anglais Committee on data for science and technology, Codata) a pour tâche de déterminer la meilleure estimation possible pour la valeur de chacune des constantes. Il est amené, de ce fait, à arbitrer une situation le plus souvent conflictuelle : . Géophysique aéroportée
La géophysique aéroportée a surtout été mise en oeuvre dans les pays riches en ressources naturelles, principalement le Canada, l'Australie, les pays scandinaves, certaines régions d'Afrique, etc. C'est surtout la méthode magnétique qui a été mise en oeuvre et qui est toujours la plus utilisée, en raison de la très grande richesse des boucliers en minéraux magnétiques. Les levés magnétiques par avion dits de haute résolution sont aujourd'hui systématiquement mis en oeuvre dès les premières phases de la reconnaissance ; puis complétés par les levés dits de très haute résolution par hélicoptère à basse hauteur ; et plus récemment (depuis les années 2000) par les levés électromagnétiques. La radiométrie est généralement ajoutée aux levés magnétiques afin de compléter les informations sur les roches proches de la surface du sol. La gravimétrie, plus délicate à mettre en oeuvre à partir d'un aéronef, est utilisée pour des applications plus spécifiques, généralement à grande échelle. Didactique de l'éducation physique et sportive
La recherche en didactique a produit des outils dont une partie est utilisée par les enseignants ou les chercheurs eux-mêmes pour l'analyse didactique des activités physiques et sportives à de fins d'intervention. Les concepts les plus fréquemment utilisés sont les suivants : contrat didactique, dévolution de problème, obstacle didactique, représentations, transposition didactique et variable didactique. En EPS de nombreux praticiens et chercheurs ont repris ces « outils ». Ils ont rajouté d’autres « outils spécifiques » à l'analyse didactique permettant une réflexion sur la structure des APSA tels que : contenus, enjeux de formation, essence, logique interne, problème fondamental, ressources et situation de référence. Matériel de manipulation
L'utilisation de matériel de manipulation en mathématiques a considérablement augmenté au cours de la deuxième moitié du XXe siècle.Ce matériel est fréquemment utilisé lors de la première étape de l'enseignement des concepts mathématiques, celui de la représentation concrète. La deuxième étape est l'étape figurative, puis vient ensuite la troisième étape, l'abstraction. C'est le principe utilisé par la méthode Singapour. Organisation européenne pour la recherche nucléaire
L'organisation européenne développe également les technologies liées aux grilles de calcul, pour permettre de traiter la quantité importante d'informations produites par les différentes expériences de physique réalisées, tout en limitant l'investissement en calculateurs. (EGEE) est le projet le plus avancé actuellement et a pour but notamment de traiter les données générées par les expériences du LHC. Cette grille, à l'échelle mondiale, utilise plus de appartenant à plus de réparties dans . Mécanique quantique
Les applications de la mécanique quantique incluent les semi-conducteurs, le transistor, le laser, le microscope électronique et la résonance magnétique nucléaire. Une catégorie spéciale d'applications est dédiée aux phénomènes quantiques macroscopiques tels que la superfluidité de l'hélium ou la supraconductivité. L'étude des semi-conducteurs a mené à l'invention de la diode, du transistor et du circuit intégré, éléments indispensables de l'électronique moderne. Accessibles au niveau d'un premier cycle universitaire.Accessibles à partir du second cycle universitaire.Accessible sans bagage physique préalable. Blas Cabrera
D'autre part, Cabrera améliore ou met au point de nombreux dispositifs expérimentaux. Ainsi, par exemple, il est le premier Espagnol à utiliser la théorie des erreurs et la méthode des moindres carrés pour déterminer les constantes physiques, et certaines de ses mesures de susceptibilité magnétique restent les plus précises actuellement disponibles. Mais ses travaux ne sont pas que de recherche. Il s'attache également à la promotion et à la diffusion des théories physiques et, en 1912, il donne dans la revue de l'Académie des sciences une communication intitulée : « Analyse vectorielle dans l'espace à trois dimensions et dans l'univers de Minkowski ». C'est cet article qui, avec l'étude publiée la même année par Esteve Terradas sur "Das Relativitätsprincip" de Max von Laue, introduit la théorie de la relativité restreinte en Espagne. Interprétation physique
La physique est une science dans laquelle l'outil mathématique joue un rôle fondamental. Néanmoins, l'abstraction propre aux mathématiques présente le défaut de faire perdre de vue la signification concrète des équations. L'opération intellectuelle qui consiste à réfléchir sur leur signification et sur leurs implications, en particulier dans le domaine où elles sont utilisées, porte le nom d'interprétation physique. Pierre Curie
Pierre Curie transpose les outils théoriques développés en cristallographie par Auguste Bravais et Arthur Moritz Schoenflies à l'étude de la physique. Il introduit les notions de plans de symétries rotatoires et de translation. Il complète les définitions introduites par Woldemar Voigt de vecteurs polaires (pour décrire le champ électrique) ou axiaux (pour décrire le champ magnétique) et de tenseurs (pour décrire les tensions mécaniques élastiques sur un corps solide). Il énonce un grand nombre de théorèmes généraux pour étudier les symétries en physique théorique dont le principe de Curie. Mesure physique
Les méthodes les plus simples, en usage depuis l'Antiquité, utilisent un comptage de l'unité et une évaluation de la fraction, comme avec la chaîne d'arpenteur. L'instrument de mesure est une reproduction matérielle de l'unité, certifié par une autorité. Les appareils de mesure se sont perfectionnés en même temps que la physique s'établissait comme une science des modèles mathématiques des rapports entre les grandeurs. Ceux inventés depuis le se terminent souvent par le suffixe "-mètre" précédé d'un terme qui désigne le mesurande, comme dans " thermomètre", où "thermo" rappelle le nom de la chaleur en grec ancien, ou l'unité, comme dans voltmètre, mesurant la tension électrique entre ses bornes en volts. Fausto Veranzio
L'œuvre la plus importante de Veranzio, "Machinae Novae" (Venise, 1595), contient 49 planches décrivant 56 machines, des outils et des concepts techniques. Deux versions existent, une avec le "Declaratio" en latin et en italien, l'autre en trois autres langues. Seules quelques copies ont survécu et aucune n'a le texte complet dans les cinq langues. Le livre est écrit en italien, en espagnol, en français et en allemand. Veranzio écrit sur l'eau, sur l'énergie solaire, sur l'horloge universelle (Planches 6–7), sur différents types de moulin, sur des machines agricoles, sur différents types de ponts construits avec différent matériaux, sur des machines pour nettoyer la mer, sur différents types de voitures, sur l"'Homo Volans" (planche 38) un ancêtre du parachute. Il est à l'origine de l'idée de l'utilisation de presses rotatives (planche 40). Louis Gray
L'outil le plus important dont Gray disposait était un générateur de neutrons de , avec lequel il pouvait mesurer directement les effets des rayonnements sur les tissus biologiques. Il accumula une quantité gigantesque de données durant une période de sept ans. Ces données eurent une valeur inestimable pour le développement de la radiothérapie des cancers. Quantité
Le fait d'établir des relations quantitatives (c'est-à-dire permettant de calculer des grandeurs chiffrées) est un des fondements des sciences physiques modernes. Les progrès de celles-ci ont été en grande partie obtenus par la traduction des qualités abstraites des entités matérielles en des quantités physiques primaires en postulant que tous les corps matériels sont marqués par des propriétés physiques ou des dimensions physiques quantifiables, qui sont sujets à des mesures et/ou à des observations. En fixant les unités de mesure, les sciences physiques couvrent des quantités fondamentales telles que l'espace (longueur, hauteur, profondeur), le temps, la masse et la force, la température, l'énergie… Classe préparatoire physique et sciences de l'ingénieur
Les mathématiques et la physique sont les matières les plus importantes, mais la chimie et les sciences de l'ingénieur y sont également enseignées. Applied Physics Laboratory
Les principaux instruments scientifiques développés sont : Diagramme de Feynman
Les diagrammes de Feynman ont révolutionné la physique des particules en rendant accessibles, au travers de figures simples, des calculs et des concepts abstraits. Leur concept a ensuite été utilisé en physique nucléaire, pour la théorie de la gravitation ou encore la physique du solide : ils se sont diffusés à l'ensemble de la physique. Julian Schwinger les a comparés au développement de l'ordinateur : . Leur importance est telle que les historiens des sciences leur ont associé une catégorie spécifique : Andrew Warwick a créé le terme de « technologie théorique », et celui des « outils de papier ». Gabriel Orozco
Rapidement, il utilise la photographie qu'il associe à d'autres matériaux, modifier, découper, assembler, comme sur ses "Working Tables" notamment avec l'oeuvre "Atomist: Asprilla, Atomists series", 1996. Il s'en sert également comme un outil de travail, afin de rendre compte de certaines de ses oeuvres d'oeuvre et expériences artistiques comme pour "My Hands Are My Heart", 1991. Il dit notamment : « "J’ai utilisé la photographie à l’époque où j’explorais les matériaux et les objets autour de moi, sans penser à la photographie comme solution conceptuelle spécifique. J’essayais simplement d’explorer ces objets. […] Il est important pour moi que mon œuvre soit un « sous-produit », un amoncellement de situations spécifiques. C’est probablement pour cela que je ne peux pas dissocier la photographie de ma pratique sculpturale". » Physique théorique
Les théories physiques peuvent être acceptées lorsqu'elles permettent à la fois de faire des prédictions correctes et d'éviter de faire des prédictions erronées. Les théories physiques les plus "simples" sont le plus souvent préférées à celles qui sont vues comme "complexes" (par exemple se basant sur un nombre jugé excessif de postulats, ou expliquant des processus physiques par des mécanismes jugés complexes), conformément à la règle connue sous le nom de « rasoir d'Ockham ». Les théories physiques les plus susceptibles d'acceptation sont celles qui relient une grande quantité de phénomènes. Le processus de test d'une théorie physique fait partie de la méthode scientifique. Science
Les Première et Seconde Révolutions Industrielles sont marquées par de profonds bouleversements économiques et sociaux, permis par les innovations et découvertes scientifiques et techniques. La vapeur, puis l'électricité comptent parmi ces progrès notables qui ont permis l'amélioration des transports et de la production. Les instruments scientifiques sont plus nombreux et plus sûrs, tels le microscope (à l'aide duquel Louis Pasteur découvre les microbes) ou le télescope se perfectionnent. La physique acquiert ses principales lois, notamment avec James Clerk Maxwell qui, énonce les principes de la théorie cinétique des gaz ainsi que l'équation d'onde fondant l'électromagnétisme. Ces deux découvertes permirent d'importants travaux ultérieurs notamment en relativité restreinte et en mécanique quantique. Il esquisse ainsi les fondements des sciences du , notamment les principes de la physique des particules, à propos de la nature de la lumière. Physique mésoscopique
Ainsi, la physique mésoscopique est intimement reliée aux domaines de la nano-fabrication et de la nanotechnologie. En effet, les dispositifs utilisés en nanotechnologie sont des exemples de systèmes mésoscopiques. Ces dispositifs sont fabriqués, mesurés puis observés expérimentalement ou simulés théoriquement afin d'avancer dans la compréhension de la physique des isolants, semi-conducteurs, métaux et supraconducteurs. Gerhard Huisken
Les travaux de Huisken se situent à l'intersection de l'analyse, de la géométrie et de la physique. De nombreux phénomènes en physique mathématique et en géométrie sont liées à des courbes, des surfaces et des espaces. En particulier, Huisken a travaillé sur la déformation des surfaces au cours du temps, dans des situations où les règles de la déformation sont déterminées par la géométrie de ces surfaces elles-mêmes. Par exemple, la est un outil important dans l'analyse des . Cabinet de curiosités de Joseph Bonnier de La Mosson
« "… avec plusieurs Pièces d'Artillerie, et nombre d'autres morceaux qui ont rapport aux Mathématiques" » (il ajoute plus loin : divers instruments propres à la physique, à l'astronomie, la gnomonique et à la géographie; des pièces d'optique, une machine pneumatique pour faire les expériences de l'air et du vide, plans en relief « tant pour l'Architecture civile que militaire », orgues, clavecins et autres instruments de musique, globes et sphères, maquettes navales, pendules, pierres "d'Aiman", microscopes, verres ardents, télescopes et lunettes d'approche, binocles (tous appareils d'optique à deux « tuyaux »), lunettes, cylindres, pendules, globes célestes, miroirs et "Figures Indiennes avec leurs habillements". Hasard
Les méthodes de Monte-Carlo sont particulièrement utilisées en physique, où l'on calcule des algorithmes qui permettent ensuite d'analyser des résultats d'expériences. Méthode des moindres carrés
Son extrême simplicité fait que cette méthode est très couramment utilisée de nos jours en sciences expérimentales. Une application courante est le "lissage" des données expérimentales par une fonction empirique (fonction linéaire, polynômes ou splines). Cependant son usage le plus important est probablement la mesure de quantités physiques à partir de données expérimentales. Dans de nombreux cas, la quantité que l’on cherche à mesurer n’est pas observable et n’apparaît qu’indirectement comme paramètre d’un modèle théorique . Dans ce dernier cas de figure, il est possible de montrer que la méthode des moindres carrés permet de construire un estimateur de , qui vérifie certaines conditions d’optimalité. En particulier, lorsque le modèle est linéaire en fonction de , le théorème de Gauss-Markov garantit que la méthode des moindres carrés permet d'obtenir l'estimateur non biaisé le moins dispersé. Lorsque le modèle est une fonction non linéaire des paramètres l'estimateur est généralement biaisé. Par ailleurs, dans tous les cas, les estimateurs obtenus sont extrêmement sensibles aux points aberrants : on traduit ce fait en disant qu’ils sont non robustes. Plusieurs techniques permettent cependant de rendre plus robuste la méthode. Instrument scientifique
Un instrument scientifique est un instrument utilisé en sciences, permettant d'acquérir des données, de mesure ou d'observation, et ce, depuis des échelles nanométriques et micrométriques, jusqu'aux échelles macroscopiques, voire mégascopiques, en passant par celles mésoscopiques. Peter Lax
Ses contributions à la mécanique des fluides et en calcul scientifique sur informatique sont importantes, il laisse son nom à de nombreux outils mathématiques, comme les schémas Lax-Wendroff et Lax-Friedrichs, les théorèmes de Lax, Lax-Milgram et de Lax-Wendroff. Gaston Lespiault
L’œuvre de Lespiault peut être partagée en trois catégories : astronomie et mécanique céleste ; mécanique rationnelle ; physique du globe. Le mémoire sur la Libration réelle de la lune de 1857 est inspiré par les travaux de Louis Poinsot « sur la rotation des corps et son application au problème de la précession des équinoxes ». Le mémoire sur le Mouvement des nœuds de la lune et celui sur le Mouvement des nœuds de la lune sur l’inégalité en latitude qui donne la mesure de l’aplatissement terrestre, sont tous deux réalisés en 1860. La même année, il voyage en Espagne afin de réaliser des observations qu’il rapportera au sein d’Observations faites à Briviesca sur l’éclipse totale de soleil du . Ces recherches seront reconnues tout comme le mémoire intitulé Théorie géométrique de la variation des éléments des planètes de 1867 où il étudie 70 des planètes qui circulent entre Mars et Jupiter.  Il élabore entre autres un théorème de mécanique sur le maximum de force vive dans un corps solide tournant autour d’un point fixe en 1865. Il publie aussi le Théorème de mécanique sur le mouvement d’un point attiré vers un centre fixe par une force proportionnelle à la distance. Gaston Lespiault s’est particulièrement distingué dans l’étude des orages. Il écrit de nombreux rapports sur les orages de la Gironde, de la Dordogne, du Lot-et-Garonne et des Landes. Il approfondit ses recherches et s’intéresse par exemple au rôle du Gulf Stream dans la circulation océanique. Logiciel d'édition de contenu pédagogique
Les outils ont été dans le passé des logiciels développés spécifiquement pour un système d'exploitation ou pour un périphérique multimédia (magnétoscope VHS, lecteur DVD de salon) disposant d'une interface homme-machine. À noter que les supports de diffusion d'informations que sont la radio et la télévision ont été très peu utilisés dans le domaine pédagogique du fait de leur coût et d'un manque de volonté lorsque l'on compare à d'autres pays (chaînes culturelles). Les utilisateurs leur ayant préféré la K7 (audio, VHS) pour l'apprentissage respectivement des langues et du sport. Les télécommandes/manettes interactives utilisant la capture de mouvement peuvent être utilisées dans le domaine éducatif. Les chapitres sont par ordre d'apparition des technologies. Algèbre géométrique (structure)
La découverte de Clifford passe inaperçue, et les physiciens de la fin du ne connaissant pas cet outil mathématique commencent à employer un autre système connu sous le nom de « calcul vectoriel ». Développé par Josiah Willard Gibbs et Oliver Heaviside, le calcul vectoriel a permis notamment de formuler clairement la théorie de l'électromagnétisme de James Clerk Maxwell, et s'est également révélé d'usage facile en mécanique classique. Ces succès en ont fait, jusqu'à ce jour, le système mathématique le plus utilisé en physique. Liste de publications importantes en physique
Quelques raisons pour lesquelles une publication peut être considérée comme importante : Ces publications ont été les premières à introduire l'idée d'une forte focalisation de faisceaux de particules, ce qui permet le passage de concepts d'accélérateur circulaires compacts à des dispositifs magnétiques à fonction séparée comme synchrotrons, anneaux de stockage et collisionneurs de particules. L'astrophysique emploie des principes physiques . La "mécanique classique" est un système de la physique ayant pour précurseurs Isaac Newton et ses contemporains. Il est préoccupé par le mouvement des objets macroscopiques à des vitesses bien en-dessous de la vitesse de la lumière. La "physique de la matière condensée" traite des propriétés physiques des phases condensées de la matière.  Ces trois documents développent la théorie BCS de la (non élevé) super-conductivité, concernant l'interaction entre les électrons et les phonons d'un treillis. Les auteurs ont reçu le prix Nobel.Loi de Faraday sur l'induction et recherche en électromagnétisme. Mécanique (science)
Autrement dit, ce changement sera celui qui transférera le moins d'énergie parmi tous les changements possibles (principe de moindre action), et ce changement ne transférera pas plus d'énergie que ce qui est strictement nécessaire (premier principe de la thermodynamique), si on néglige les pertes dues au frottements, à la conversion d'énergie (second principe de la thermodynamique). Les unités du Système international utilisées en mécanique sont principalement : Génie physique
L'ingénieur physicien utilise des approches et matériaux novateurs issus de divers de domaines de recherche; de nombreuses applications industrielles ont été récemment élaborées par les développements de l'optique (fibres optiques, lasers), de la physique de la matière condensée (matériaux, micromachines) et des plasmas (gravure de circuits électroniques). Physique appliquée
Le programme de physique appliquée est à peu près le même, dans ses grandes lignes, dans la section électrotechnique et dans les sections mécanique. La différence se trouve principalement au niveau de l'approfondissement. Sont traités notamment : la représentation de Fresnel des tensions simples et des tensions composées, le couplage en triangle et en étoile des charges et des sources, le théorème de Boucherot qui est utilisé dans le calcul du facteur de puissance d'une installation électrique. Les moyens de le corriger pour une telle installation. Physique médicale
Lors de la publication de la théorie de Bragg–Gray en 1935, les chambres d'ionisation se répandent dans la pratique de la physique médicale pour devenir l'instrument de mesure le plus couramment utilisé. Les effets des radiations pour le traitement des cancers ont été démontrés, cependant, l'énergie des sources de radium utilisées jusqu'alors ne permettent pas un traitement en profondeur. Des études menées par l'équipe du physicien Glenn Theodore Seaborg au Laboratoire national Lawrence-Berkeley à partir de 1941 ont permis de produire les premières sources de cobalt 60 et qui sont destinées à remplacer le radium. Les sources sont proposées dès 1949 dans les hôpitaux puis d'autres études sont effectuées conjointement aux États-Unis et au Canada pour concevoir un appareil de télécobalt. Le premier traitement avec cet appareil est effectué à London au Canada en . Le nombre d'appareils en activité dans les cliniques et les hôpitaux se développe rapidement, surtout aux États-Unis où 150 sont recensés en 1955. Physique des particules
Il décrit les forces fondamentales : fortes, faibles, et électromagnétiques en utilisant des bosons médiateurs connus sous le nom de boson de jauge. Les bosons de jauge sont respectivement les gluons, les bosons W et Z et le photon. Force (physique)
Aujourd'hui, la notion de force en physique reste très utilisée, en particulier dans l'enseignement et dans l'ingénierie. Pourtant, alors que les moments, l'énergie et les quantités de mouvement ou impulsions sont des grandeurs fondamentales de la physique, la force peut être vue comme un artifice de modélisation, commode mais non indispensable. En mécanique analytique existent des formulations de la mécanique classique qui n'utilisent pas le concept de force. Ces formulations, apparues après la mécanique newtonienne, font cependant appel à des notions encore plus abstraites que le vecteur force, et on considère en conséquence qu'il vaut mieux les introduire seulement dans l'enseignement supérieur. Alexander von Brill
Ses autres travaux portent sur les correspondances algébriques (Correspondance de Cayley-Brill) et les courbes gauches algébriques ; mais il s'est aussi intéressé à la physique mathématique, par ex. la mécanique rationnelle de Heinrich Hertz et le principe de Relativité d'Einstein : il est même (après Max von Laue, 1911) l'auteur du second manuel (chronologiquement parlant) de physique relativiste (1912). Brill a publié quelques articles sur l'histoire des Mathématiques, notamment les œuvres de Johannes Kepler (auxquelles il consacra son dernier article, en 1930). Ses étudiants Max Caspar (1880–1956) et Walther von Dyck seront les éditeurs des Œuvres complètes de Kepler à Munich. Robert Oppenheimer
Même si Oppenheimer connaît de grands succès conceptuels en physique, il fait des erreurs mathématiques notables. Dans l'un de ses articles ("Two Notes On the Probability of Radiative Transitions"), il omet un facteur formula_1. Dans un autre ("Relativistic Theory of the Photoelectric Effect…"), le calcul s'écarte de la valeur réelle par un facteur formula_2. Selon Willis Eugene Lamb : Pourtant, selon le physicien Hans Bethe, Oppenheimer maîtrise très bien les principaux outils de la physique mathématique. Également, il se trompe parfois lors d'analyses de phénomènes physiques. Par exemple, en , avec J. Franklin Carlson, il avance que les rayons cosmiques primaires sont constitués de neutrinos, des particules neutres, car il croit que ces rayons n'interagissent pas avec le champ magnétique terrestre, ce qui est faux selon certaines observations publiées. Des recherches ultérieures démontreront que ces rayons sont surtout constitués de protons (à 92 %), le reste d'électrons ou de noyaux d'hélium. Néanmoins, la qualité des travaux d'Oppenheimer est reconnue et Berkeley attire de plus en plus des lauréats américains de bourses d'études en physique théorique. Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie de Grenoble
La recherche fondamentale est le moteur principal des activités du laboratoire. Parmi les thèmes étudiés, certains font partie des plus grandes énigmes de la physique. C’est le cas, par exemple, de l’unification des forces, de l’origine de la masse des particules, de l’origine de l’asymétrie matière-antimatière dans l’univers et de la recherche de l’énergie noire. Enfin un effort théorique soutient les expériences dans leurs phases préparatoires ou d’interprétation. Science
Néanmoins, cette limite est floue. Les mathématiques, la physique, la chimie, la sociologie ou la biologie peuvent ainsi aussi bien être fondamentales qu'appliquées, selon le contexte. En effet, Les découvertes issues de la science fondamentale trouvent des fins utiles (exemple : le laser et son application au son numérique sur CD-ROM). De même, certains problèmes techniques mènent parfois à de nouvelles découvertes en science fondamentale. Ainsi, les laboratoires de recherche et les chercheurs peuvent faire parallèlement de la recherche appliquée et de la recherche fondamentale. Par ailleurs, la recherche en sciences fondamentales utilise les technologies issues de la science appliquée, comme la microscopie, les possibilités de calcul des ordinateurs par la simulation numérique, par exemple. Physique
Les physiciens observent, mesurent et modélisent le comportement et les interactions de la matière à travers l'espace et le temps de façon à faire émerger des lois générales quantitatives. Le temps — défini par la durée, l'intervalle et la construction corrélative d'échelles — et l'espace — ensemble des lieux où s'opère le mouvement et où l'être ou l'amas matériel, c'est-à-dire la particule, la molécule ou le grain, le corps de matière… ou encore l'opérateur se positionnent à un instant donné — sont des faits réels constatés, transformés en entités mathématiques abstraites et physiques mesurables pour être intégrées logiquement dans le schéma scientifique. Ce n'est qu'à partir de ces constructions qu'il est possible d'élaborer des notions secondaires à valeurs explicatives. Ainsi l'énergie, une description d'états abstraite, un champ de force ou une dimension fractale peuvent caractériser des « phénomènes physiques » variés. La métrologie est ainsi une branche intermédiaire capitale de la physique. Physique
Le voit la multiplication de technologies directement issues de concepts théoriques développés à partir des avancées de la physique de leur époque. Le cas du laser est exemplaire : son invention repose fondamentalement sur la compréhension, par la mécanique quantique, des ondes lumineuses et de la linéarité de leurs équations. La découverte de "l'équation d'équivalence masse énergie" ouvre la voie au développement des bombes A et H, ainsi qu'à l’énergie nucléaire civile. De même l'électronique en tant que science appliquée modifie profondément le visage de nos sociétés modernes à travers la révolution numérique et l'avènement de produits comme le téléviseur, le téléphone portable et les ordinateurs. Elle s'appuie sur l'électromagnétisme, l'électrostatique ou la physique des semi-conducteurs et la technique d'imagerie médicale IRM s'appuie sur la découverte des propriétés quantiques des noyaux atomiques. Chimie physique
Les développements au comprennent l'application de la physique statistique aux systèmes chimiques, ainsi que la recherche sur les colloïdes et la science des surfaces, à laquelle Irving Langmuir a fait nombreuses contributions. Une autre étape importante fut l'application de la mécanique quantique en chimie pour donner naissance à la chimie quantique, où Linus Pauling fut un des pionniers. Les avances théoriques ont accompagné les avances aux méthodes expérimentales, surtout l'emploi des différentes méthodes de spectroscopie moléculaire telles la spectroscopie infrarouge, la spectroscopie rotationnelle (dans la région des micro-ondes où de l'infrarouge lointain), la résonance magnétique nucléaire (RMN) et la résonance paramagnétique électronique (RPE). Robert Oppenheimer
Après coup, les physiciens et les historiens jugent que c'est sa plus importante contribution à la physique, même si elle n'a jamais été prise au sérieux par ses confrères à l'époque. Le physicien et historien Abraham Pais a demandé à Oppenheimer quelles étaient selon lui ses plus importantes contributions scientifiques ; le physicien a mentionné ses travaux sur les électrons et les positrons, mais pas son travail sur la contraction gravitationnelle. Oppenheimer a été mis en nomination trois fois pour le prix Nobel de physique, en 1945, 1951 et 1967, mais ne l'a jamais reçu. Selon le physicien Luis Walter Alvarez en 1987, s'il avait été vivant pendant les années 1970, il aurait reçu un prix Nobel de physique pour ces travaux théoriques, puisque l'existence des pulsars ne faisait plus de doute et la recherche pour les trous noirs était bien engagée. Veniamin Levich
Il était l'élève du physicien théoricien, Lev Landau. Son manuel de référence intitulé "Hydrodynamique physicochimique" est largement considéré comme sa contribution la plus importante à la science. L' équation de Levich décrivant un courant au niveau d'une électrode à disque rotatif porte son nom. Ses activités de recherche comprenaient également les réactions de collision en phase gazeuse, l'électrochimie et la mécanique quantique du transfert d'électrons. Dynamique moléculaire
Les algorithmes les plus courants sont :Le calcul des forces est primordial pour une simulation de dynamique moléculaire. Comme évoqué plus haut, deux approches peuvent être mises en œuvre pour le calcul des forces agissant sur les atomes :C'est la partie généralement la plus coûteuse en temps de calcul. Les principales interactions prises en compte sont : Institut Laue-Langevin
Une quarantaine d'instruments scientifiques sont placés tout autour du cœur du réacteur, permettant des applications allant de la physique fondamentale à la biologie en passant par la cristallographie la chimie ou la science des matériaux. ISEE 3
ISEE 3 emporte 13 instruments représentant une masse de dont les capteurs sont placés à l'équateur du cylindre. Ils sont fournis à la fois par des laboratoires américains et européens. Ces instruments comprennent un magnétomètre, des instruments de mesure du plasma du vent solaire, des rayons cosmiques à basse, moyenne et haute énergie, des ondes de plasma, de la composition de plasma, des détecteurs de protons et électrons, des éruptions gamma et une expérience de radio astronomie : Gravimétrie
Les appareils employés sont des gravimètres, qui mesurent des valeurs relatives de la pesanteur avec une extrême précision (à 10 près au moins). S’ils peuvent être manipulés par une seule personne, ils nécessitent néanmoins un calage altimétrique de précision (plus précis que le centimètre, d'où l'existence de bornes de référence altimétriques). Ils sont utilisés facilement dans n’importe quelles situations climatiques, géographiques et de relief c’est-à-dire en montagne, en forêt, en plaine, en ville, en galeries souterraines, sur les lacs gelés, les glaciers, etc. Peter Drummond
Ses recherches actuelles se situent à l'intersection de la physique atomique, moléculaire et optique, de l'information quantique, de la technologie quantique, de la physique de la matière condensée et de la physique computationnelle. Le domaine est entraîné par un niveau sans précédent de contrôle expérimental des systèmes quantiques isolés. Les techniques utilisées comprennent de nouvelles méthodes de calcul qui mappent la dynamique quantique en équations stochastiques sur un espace de phase généralisé. Ces méthodes ont des applications dans un large éventail de systèmes physiques, chimiques et biologiques complexes, notamment : la photonique, la matière condensée, les condensats de Bose-Einstein, les fermions fortement corrélés, l'astrophysique, les réactions nanochimiques, l'optomécanique et la biophysique. Les contributions de Drummond à la physique vont des théorèmes fondamentaux de la théorie de la représentation des opérateurs à la mise en œuvre pratique d'algorithmes et aux comparaisons avec l'expérimentation. Physique numérique
Les calculs numériques sont employés couramment, notamment dans le cadre de la physique du solide, de la mécanique des fluides, de la théorie quantique des champs, de la théorie de la mesure, et dans bien d'autres secteurs. En physique du solide, par exemple, l'outil informatique est employé avec la théorie fonctionnelle de densité afin de calculer des propriétés des solides ; les chimistes utilisent une méthode semblable pour étudier les molécules. En physique du solide, l'organisation électronique de la matière, les propriétés magnétiques et les densités électroniques de charge peuvent être calculées par plusieurs méthodes, y compris par calcul numérique et les méthodes ab initio (via différentes théories et/ou méthodes). Appareil pour étudier les chocs élastiques et inélastiques
Il est composé d'un grand châssis portant deux barres, auxquelles sont pendues par une suspension à deux fils six boules de bois alignées. L'instrument était souvent utilisé avec deux boules élastiques (en ivoire) ou inélastiques (en argile mouillée), à masse égale ou inégale. En modifiant les paramètres des expériences (hauteur de la chute, masse, etc.), on étudiait de manière systématique les phénomènes concernant les chocs. Par exemple, quand les boules alignées sont heurtées par la boule qui se situe à l'extrémité, la série de boules reste immobile et transmet intégralement l'impulsion à la boule située à l'extrémité opposée, qui rebondit. Cette dernière, retombant, amorce à nouveau le cycle dans le sens opposé. Cet appareil, qui provient des collections des Lorraine, fut illustré par Jean Antoine Nollet dans les "Leçons de physique expérimentale" (Paris, 1743-1748). Dans la description de l'instrument, Nollet affirme qu'il a simplement modifié et développé le modèle employé antérieurement par Edme Mariotte. Les appareils les plus sophistiqués pour l'étude des chocs élastiques et inélastiques furent réalisés par Willem Jacob's Gravesande et par Pieter van Musschenbroek. Timée (Platon)
En , le mathématicien, logicien et métaphysicien Alfred North Whitehead déclare que le "Timée" revêt la même importance scientifique que le "Scholium" ajouté par Isaac Newton, en , à ses "Principia" ; ces deux ouvrages, le "Scholium" et le "Timée", constituent les plus grands textes cosmologiques, et sont aussi . Le paradoxe de ce jugement s’explique : la physique du , relativiste et quantique, accorde en effet un nouveau rôle aux nombres entiers en raison du quantum d’action mécanique de Planck : à l’opposé du calcul différentiel et intégral de Leibniz et de son célèbre , la physique quantique introduit une sorte de nouveau pythagorisme, après celui qui a inspiré Platon. Whitehead reconnaît la vitalité de la philosophie platonicienne en général et l’importance capitale de sa contribution à l’histoire de la pensée occidentale. Dans sa « philosophie du processus » (en ), les axes majeurs de son propre système que sont « Dieu, les Objets éternels, la Créativité », sont explicitement mis en parallèle, respectivement avec les concepts platoniciens du Démiurge, des Idées, et de la "Khôra" (ou réceptacle), présentés dans le "Timée". Louis Néel
C’est au début du que l’étude des matériaux magnétiques commence sérieusement. Les scientifiques établissent à cette époque trois catégories principales de matériaux : les diamagnétiques, les paramagnétiques et les ferromagnétiques. Les paramagnétiques suivent la loi de Curie-Weiss (l’inverse de la susceptibilité varie linéairement en fonction de la température). En revanche les ferromagnétiques ne la suivent qu’à partir d’une température bien supérieure à leur température de Curie (plus d’une centaine de degré). Néanmoins, certains matériaux ne sont pas décrit par la loi de Curie-Weiss. Il s'agit en fait des matériaux antiferromagnétiques, qui ne sont pas connus à cette époque. Nous sommes au début du siècle et une nouvelle physique fait son apparition ; la physique quantique. Cette nouvelle théorie très prometteuse amène de nouveaux résultats. Des scientifiques comme Niels Bohr s’intéressent au magnétisme à l’échelle atomique. À l’aide de la théorie quantique, Bohr définit le « magnéton de Bohr » (valeur du moment magnétique élémentaire). Néanmoins, à cette époque, cette nouvelle vision de la physique n’est pas encore admise par toute la communauté scientifique. Magnétomètre
Les magnétomètres sont un instrument de base pour de nombreuses recherches concernant le magnétisme. Ils sont ainsi liés aux études à visée technologique portant par exemple sur le stockage et contrôle de l'information par le magnétisme moléculaire ou quantique, la santé, ou encore l'énergie. Ils sont également utilisés dans la recherche fondamentale, concernant la supraconductivité, le magnétisme des nano-objets ou l'électronique de spin. Histoire de la physique
Les outils d'informatique scientifique et technique devraient aider profondément les scientifiques et les ingénieurs à fiabiliser les méthodes expérimentales et à éliminer toutes les pseudo-hypothèses qui renaissent de façon récurrente. André-Marie Ampère
Autodidacte, Ampère contribue au développement des mathématiques en les introduisant en physique. Il fait d'importantes découvertes dans le domaine de l'électromagnétisme. Il en édifie les fondements théoriques et découvre les bases de l'électronique de la matière. Il est également l'inventeur de nombreux dispositifs et appareils tels que le solénoïde, le télégraphe électrique et l'électroaimant. Expérimentation assistée par ordinateur
Les établissements scolaires sont désormais largement équipés de ces dispositifs utilisés en travaux pratiques et vendus par de nombreux fournisseurs. Les programmes officiels des classes de lycée et collège, invitent à avoir recours à ces ressources informatisées et les concours de recrutement des enseignants des disciplines scientifiques comportent des épreuves imposant au candidat de maitriser un dispositif d'ExAO ainsi que le traitement des données recueillies. Jusqu'en 2010, l'enseignement d'exploration Mesures physiques et informatique (MPI) proposé en classe de seconde était centré sur la conception, l'analyse et la réalisation d'une chaîne de mesures informatisée. Depuis la réforme du lycée général et technologique français entrée en vigueur en , tous les programmes des disciplines scientifiques mentionnent l'importance de l'expérimentation assistée par ordinateur et du traitement numérique des données recueillies. Dans les lycées professionnels français, l'EXAO est obligatoire pour les baccalauréats du domaine industriel depuis la session de . Ces utilisations ne sont évidemment pas réservées à l'enseignement français : les dispositifs équivalents de "data logging" ont été développés en Angleterre, Allemagne, États-Unis, etc. New Horizons
La charge utile est composée de sept instruments scientifiques — trois instruments optiques, deux instruments de mesure du plasma, un détecteur de poussière et un radiomètre/récepteur de radio science. Ils doivent permettre l'étude, de manière macroscopique, des principales caractéristiques de Pluton et de ses lunes : d'une part, de la géologie, de la composition de la surface et de sa température, d'autre part, de la pression atmosphérique, de la température de l'atmosphère et de son taux d'évasion. Ces instruments sont également utilisés pour étudier Jupiter et ses lunes, et une fois que l'extension de la mission est approuvée, les objets de la ceinture de Kuiper que la sonde spatiale peut atteindre. La charge utile représente une masse totale de , et consomme globalement une très faible quantité d'électricité (). John Lighton Synge
Au cours de sa carrière, Synge a signé 11 livres et plus de 200 articles scientifiques. Il a apporté des contributions exceptionnelles à différents domaines de recherche, dont la mécanique classique, la mécanique générale et l'optique géométrique, la dynamique des gaz, l'hydrodynamique, l'élasticité, les réseaux électriques, les méthodes mathématiques, la géométrie différentielle et la théorie de la relativité d'Einstein. Il a étudié un large éventail de problèmes de physique mathématique, mais ses résultats les plus connus concernent l'utilisation de méthodes géométriques en relativité générale. Giovanni Poleni
Le , il fonde et inaugure le "« »", le premier laboratoire de physique créé dans une université italienne, regroupant un important ensemble d'instruments scientifiques destinés à la recherche et à l'expérimentation, dont certains ont été inventés par lui-même. Ce laboratoire lui permet d'acquérir une renommée internationale. Il continue à enrichir cette collection jusqu'à sa mort, avec près de quatre cents instruments scientifiques différents. L'astronome français Jérome Lalande a dit de son laboratoire : "". Une centaine d'instruments de cette collection, est encore visible au . Pierre Weiss (physicien)
Pierre Weiss est nommé professeur de Physique à l'EPFZ en 1902. Il crée et développe pendant 15 ans un laboratoire consacré à l'étude du magnétisme. Il équipe son laboratoire de tous les appareils nécessaires, certains fabriqués selon ses plans, électroaimants, accumulateurs, instruments de mesure... Il réunit peu à peu une équipe importante formée de professeurs et d'étudiants suisses, français, ou autres européens. Comme le rapporte son collaborateur Gabriel Foëx: Raymond Thayer Birge
Les travaux ultérieurs de Raymond Birge furent guidés par sa perplexité devant la variété et l'inconsistance des mesures de constantes physiques fondamentales. Cet intérêt le conduisit à une large maîtrise des sciences physiques et déboucha sur de nombreuses publications, avec en particulier un article de 1929 dans "Reviews of Modern Physics" dans lequel il recommandait un ensemble standard de valeurs pour les constantes basé sur ses résultats précédemment publiés. Il s'ensuivit une frustration par rapport aux méthodes conventionnelles de statistiques appliquées en sciences dures qui conduisit à une collaboration avec W. Deming. Après leur article conjoint de 1934 dans "Reviews of Modern Physics", leurs approches divergèrent, W. Deming suivant le travail de W. Shewhart alors que Raymond Birge s'intéressait aux approches statistiques plus conventionnelles de la méthode des moindres carrés et du maximum de vraisemblance. Son attrait pour les statistiques conduisit Raymond Birge à étudier la parapsychologie dans laquelle il mena plusieurs expériences sans résultats probants. Friedrich Kohlrausch (physicien)
À Göttingen, Kohlrausch résuma son savoir-faire dans un ouvrage "Leitfaden der praktischen Physik" (Guide de physique pratique), publié en 1870, qui constituait le premier ouvrage du genre en Allemagne. Aujourd'hui, le manuel "Praktische Physik" (« Physique pratique »), qui en est un condensé, demeure en Allemagne d'un usage courant chez les physiciens et les techniciens, car il comporte une description détaillée des protocoles de mesure, des instruments et des constantes fondamentales dans de nombreux domaines de la physique. WIMS
Wims utilise des analyseurs de grammaire physique et chimique, pour les tâches suivantes : De même que pour les outils mathématiques, ces outils scientifiques sont déclinés à l'aide de bibliothèques ("slib") spécifiques à WIMS qui en permettent l'usage dans la création d'exercices et de cours. En particulier, ils sont intégrés aux analyseurs de réponses spécialisés pour la physique et la chimie. Instrument scientifique
Depuis l'avènement de l'électro-informatique, les instruments scientifiques sont de plus en plus enrichis de composants électroniques qui permettent la numérisation à la volée des mesures. Ils sont de plus en plus souvent pilotés par ordinateur et différents logiciels d'opération. Par exemple, depuis les années 1980's, des logiciels de type systèmes experts, contribuent à récupérer les données numériques sous forme de fichiers directement exploitables pour l'analyse. Examen clinique
L'examen physique comprend plusieurs étapes dont les quatre techniques principalement utilisées sont :