Le Repaire des Sciences
Sciences Physiques et Chimiques

 

 

 

 

     Quel rapport entre raquettes à neige, dromadaires et couteaux ?



 

 

            Bon, ça commence très fort comme questionnement... Commençons par le début. Les raquettes à neige ont été inventées dans un but tout simple: s'enfoncer moins dans la neige. C'est certain, pour un citadin en chaussures de cuir, qui passe ses journées en bureau climatisé, l'intérêt peut paraître réduit. Mais, la mode étant ce qu'elle est, le citadin en question a bien repéré que, s'il voulait être enfin vu comme l'aventurier qu'il sait sommeiller en lui, il se devait d'aller ne pas s'enfoncer dans la poudreuse des pistes sauvages et rebelles de Tignes et Val d'Isère.

            Si vous parvenez à vous écarter du goudron du parking de la station avec vos raquettes en plastique jaune toutes neuves, vous constaterez vite que ça fonctionne: trouvez une zone où il y a plus de 20 cm de neige (en profondeur) et mettez une seule raquette pour voir.

            Comme tout bon scientifique, lançons nous dans une simulation réaliste. Le personnage tient un gros boulon au-dessus de sa tête, et il est debout dans de la farine. Situation somme toute assez courante.

Sans raquette, on s'enfonce
Avec raquettes, on s'enfonce beaucoup moins...
Sans raquettes... ... Et avec.

                Bien sûr le bonhomme en plastique a simplement été posé délicatement dans les deux cas, sans l'aide d'un marteau. Cherchez la différence. Ceux qui signalent l'inversion de la position du boulon auront mal perçu le problème posé...

                Réfléchissons une seconde. C'est bien sûr le poids du bonhomme qui écrase la farine. Pourtant c'est le même dans les deux cas. L'enfoncement dans la farine n'a donc pas le poids du sujet pour seule cause. L'autre paramètre est la surface de contact avec le sol. Visiblement, si la surface est grande, à poids égal, l'enfoncement est plus faible.

                Ainsi, si la même force se retrouve diluée sur une surface d'action plus grande, son effet sera plus faible. On invente alors une nouvelle grandeur, la pression (P), qui tient compte de ces deux données, force (F) et surface de contact (S).

     Si vous pensez qu'il n'y a pas de bonne physique sans formule, en voici une. Elle fonctionne avec des unités du système international, F en Newtons, S en m² et P en Pascals. Un Bar (ancienne unité) vaut 1000 hectopascals. Une pression est donc une sorte de densité de forces.

 

   Une annexe: le bonhomme en plastique et son boulon avaient une masse de 40g, ce qui fait un poids d'environ 0,4N. Sans raquettes, la surface des pieds valait environ 220 mm², ce qui donne une pression de 1800 Pa. Avec raquettes de 9 cm², la pression n'est plus que de 440 Pa, soit 4 fois plus faible, d'où un enfoncement bien moindre...

 

Patte de dromadaire Et le dromadaire dans tout ça? Pas de neige chez lui, ça, c'est sûr... Mais ses "pieds" sont particulièrement bien adaptés aux sables mous du désert, leur surface est très grande, ce qui limite leur enfoncement. Ah oui, quand on dit "adapté au sable", il faut bien comprendre que la bestiole n'a pas décidé de s'élargir les sabots simplement parce que P = F/S... Mais ceux qui avaient les sabots plus larges se trouvaient avoir un avantage sur les autres (longévité, puissante attraction sexuelle vis à vis des chamelles adorant les grands pieds...) qu'ils ont transmis à leur descendance.

 

                Le couteau ? Et bien quand on l'aiguise, c'est dans le but de diminuer sa surface de contact, afin de concentrer la force que l'on exercera grâce à lui. La pression qui règnera sur son tranchant sera ainsi plus intense...

                La pression atmosphérique? Celle-ci est due aux collisions des molécules d'air sur les surfaces des objets. Par exemple, au niveau de la mer, la pression moyenne est d'environ un bar. Sur une fenêtre de 1 m², l'air exerce donc une force de 100000 Newtons, ce qui est le poids d'un objet de 10 tonnes... Pourquoi la vitre ne vole-t-elle pas en éclat ? Parce que la pression est la même de l'autre côté. Vous devinez que les hublots d'un vaisseau spatial doivent être particulièrement résistants, c'est le vide de l'autre côté...