Premiers exercices pour le cours de physique de Feynman

[invite563547f9]

Bonjour,

Je me suis interessé à ce cours et j'ai jeté un œil au premier exercices, et j'ai été très surpris.

Le trois premiers chapitres du cours parlent principalement de l'hypothèse atomiste. Aucune loi n'est vraiment présentée.

Précisons que le recueuil d'exercice précise ceci pour les trois premiers chapitres : "utilisez les idées données dans ces chapitres ainsi que votre propre expérience et votre imagination,..."

L'exercice 1.9 par exemple va comme suit : l'air habituel a une densité d'environ 0.001 g/cm^3 et l'air liquide d'environ 1.

a) Estimez le nombre de molécules dans un cm^3 d'air habituel et d'air liquide. - Ça revient a estimer la masse molaire de l'air, et je ne vois pas où dans le début du cours on peut trouver cette information ni quelle imagination pourrait l'estimer à partir de rien, mais peut-être que je manque quelque chose.
b) estimer la masse m d'une molécule d'air. - même chose même si je trouve que ç'aurait pu passer avec le point a.
c) estimer la distance moyenne l qu'une molécule d'air doit parcourir entre deux collisions à une température et une pression standard (indiquée (j'ai la flemme de recopier)). Je ne vois pas comment le cours peut me donner les moyens de résoudre ça, même si je peux essayer quelque chose d'intuitif si je connais la taille d'une molécule et la molalité de l'air.
d) estimer quelle pression doit avoir un système pour que le libre parcours moyen soit d'environ un mètre... - si je sais résoudre c, je sais résoudre celui pas. Sauf que je ne sais pas...

Je rate quelque chose ?

Merci de votre aide
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[Black Jack 2]

Bonjour,

Ce début demande me semble-t-il des connaissances de base assez faibles, mais ne connaissant ton niveau, va savoir ...

Sans ergoter sur la différence entre densité et masse volumique ...

a)

L'air habituel (gazeux) est proche de suivre, en conditions "habituelles" la relation des gaz parfaits : PV = nRT

On est, je présume sensé connaître ce que sont les "conditions normales de température et pression", soit P = 101300 Pa et T = 273 K (ou le volume molaire "normal") et connaître la valeur de la constante R = 8,31 (SI)

Avec V = 1 cm³ (remis en m³), on peut donc calculer la quantité de matière n = ...

Et avec NA = 6,02.10^23/mol le nombre d'Avogadro, on peut calculer le nombre de molécules par N = n.NA (pour l'air en conditions "normales")

On peut calculer ensuite le N' pour l'air liquide en multipliant le N trouvé ci dessus par le rapport des masses volumiques gaz liquide. (et surtout comprendre pourquoi) : N = N' * 1/0,001

...

[invite563547f9]

Le truc, c'est que le cours ne présente pas PV=nRT à cet étape et ne présuppose pas de connaissances particulières.

D'où mon étonnement. Mais effectivement, a et b sont assez élémentaire si on a déjà fait un peu de physique (mais encore une fois, c'est un drôle de présupposé pour un cours qui commence en quelque sorte depuis le début).

Pour c et d, par contre, n'ayant pas encore vu assez de théorie cinétique des gaz, je ne sais pas trop comment m'y prendre.

Encore une fois, ce qui m'étonne est que ce ne sont pas des choses vues dans le cours... Mais c'est sûrement un bon exercice de résoudre des problèmes sans connaître la théorie qui facilite tout, ça aide sans doute à construire une bonne intuition.

Je ne sais pas ce que vous en pensez.

[albanxiii]

Le truc, c'est que le cours ne présente pas PV=nRT à cet étape et ne présuppose pas de connaissances particulières.

Ce cours a été fait aux étudiants de 1ère et 2ème année de Caltech, ils ne venaient pas complètement les mains vides. La loi des GP est forcément connue. Tout comme plein d'autres choses.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite563547f9]

Aah, d'accord ! Évidemment alors. Je cherchais un truc qui ne se repose que sur ce qui était dit dans le cours.

Comment on fait pour la distance moyen de libre parcours, par contre ? Juste une piste, pas la réponse complète.

[jacknicklaus]

la méthode classique et intuitive consiste à considérer une molécule de rayon r qui se balade en ligne droite le long d'un tube. On considère qu'il y a choc avec une autre molécule si le centre de cette autre molécule est à moins de 2r de l'axe, donc on considère une tube de rayon 2r. L'astuce consiste à évaluer le nombre x de molécule contenues dans un tel tube, et qui donc rencontreront notre molécule voyageuse. Pour x = 1, la longueur du tube donne le libre parcours moyen.

[invite563547f9]

Ça présuppose donc de savoir le diamètre d'une "molécule d'air".

Y a-t-il un moyen de l'estimer à partir de considérations des précédents points de l'exercice ou il faut simplement se dire qu'on peut la considérer de l'ordre de 10^(-10)m ?

[invite563547f9]

C'est bon, je l'ai estimé à partir du nombre de molécule dans de l'air liquide calculé au point a. Merci beaucoup pour votre aide !