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Vulgarisation - Page 9

  • La cycloïde, la chaînette et le cercle font leur film (de savon)

    Il est assez de rare de trouver un traitement très "pédagogique" d'un sujet au sens noble du terme, c'est à dire permettant de l'éclairer sous des angles très différents, dont  un très original et concret, tout en construisant son unité profonde.

    Prenons ensemble l'optique, la dynamique, la statique, la géométrie, l'élasticité, le calcul différentiel et l'histoire des mathématiques. Prenons aussi trois courbes très connues, la cycloïde, la chaînette et le cercle. Il semble difficile de relier le tout en un ensemble cohérent et pourtant il suffit d'un peu de savon pour les regrouper!

    Je vais tenter d'expliquer. En cas de dérapage et pour plus de détails, l'article original est ICI et il suffit de s'y référer.

    L'histoire commence par la recherche de la brachistochrone, c'est à dire de la courbe de descente la plus rapide pour un point pesant. En 1697, Jacques  Bernouilli pose ce problème. Newton, Leibniz, Jacques et son frère Jean Bernouilli s'y collèrent et proposèrent leur solution. Les deux frères (qui se haïssaient) y parvinrent et découvrirent que le profil cherché était une portion de cycloïde.

     

     

     

     

    Un peu plus tard, ce problème peut être résolu grâce au calcul différentiel en recherchant le minimum d'une expression du type fonctionnelle qui a été étudiée par Euler et Lagrange.

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    Prenons un peu de recul: 

     

    En fait l'idée c'est de penser à une bulle de savon. Il faut aussi avoir l'idée de planter deux piquets verticaux entre deux profils: l'un horizontal z=0 et l'autre z=1/y. En plaçant un film de savon entre les piquets et les deux surfaces on devrait voir cela:  
     

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    La trace laissée sur la surface horizontale est une cycloïde. Pour faire un peu plus scientifique on peut dire que la courbe qui minimise la surface de la bulle de savon ( oui la bulle de savon est fainéante, elle suivra toujours ce que l'on appelle une surface minimale) est la même que celle celle qui minimise le temps de parcours d'un point pesant.

    Pourquoi me direz-vous? Tout simplement parce que le problème mathématique associé aux deux problèmes est similaire et donc la solution est de même nature.
    Et pourquoi le problème mathématique est de même nature? Tout simplement parce que le profil z=1/√y a été bien choisi.

    L'élasticité, est maintenant mariée à l'histoire des maths, au calcul des variations et à la dynamique.

    On pourrait aussi s'imaginer qu'un rayon lumineux circule du point P1 au point P2 dans un milieu dont l'indice de réfraction serait proportionnel à 1/√y. La courbe suivie par le rayon lumineux serait identique à la courbe précédente: une cycloïde. Et voilà donc l'optique qui se mèle à la partie.

    Supposons maintenant qu'une chaine soit tendue entre deux points dans un lieu où le potentiel de gravitation  (très particulier, certes) serait proportionel à 1/√y . La courbe formée par le fil serait une cycloïde. La statique s'invite.

    L'intérêt de ce dernier point est de retrouver le profil de  la chaînette avec un film de savon en choisissant un profil de type z=ky. C'est la courbe qui  minimise son énergie lorsqu'elle est soumise à la pesanteur.

     

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    Pour trouver le cercle, il suffit  de changer le profil supérieur et le choisir tel que z=1/y. En reprenant les analogies précédentes, les trois courbes: la cycloïde, la chainette et le cercle se retrouvent ensemble dans le même "bain" (à bulles).

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    Voilà, c'est terminé et pour compléter quelques adresses suivent:

     

    Autour de la cycloïde "Maths en Jean"

    Complètement cycloïdique "Blog Sciences"

    Courbe brachistochrone "Mathcurve"

    Brachistochron Problem "Wolfram"

    Courbe Brachistochrone "Wikipédia"

    Solving the brachistochron and other variational problems with soap films "ArXiv"

    Soap films help to solve mathematical problems

     

  • Martin Gardner est décédé à l'âge de 95 ans

    Pendant 35 ans, Martin Gardner écrivit dans les colonnes du "Scientific American" dont l'édition française est "Pour la Science". Des générations entières ont pu suivre ses jeux mathématiques pour le plus grand plaisir de chacun. Il fut sans aucun doute le pionnier des récréations mathématiques modernes et celui qui a rendu le jeu mathématique populaire.

     

     

     

  • Les sciences sur le nouveau site de France Culture

    France Culture vient de rénover son site. On y trouvera un onglet "Sciences" sur la page d'accueil et les mathématiques y sont toujours en bonne place.

    Il est possible d'extraire le flux RSS des émissions scientifiques.

    On retrouvera aussi sur le Canal Académie, les conférences données à la BNF: Un texte, un Mathématicien.

     

  • Le darwinisme chez les blogs

    Si les éléphants d'Afrique ont de petites défenses, ce n'est pas parce qu'elles leur sont inutiles et que leur taille ont diminué mais parce que les éléphants qui avaient des grandes défenses ont été plus chassés que les autres. Les moins bien dotés se reproduisant plus entre eux, ils forment une population d'éléphants aux petites défenses.


    On peut reconduire à peu près la même image si l'on prend par exemple le classement des blogs de Sciences réalisé par Wikio. Si ce blog est passé de la 11ème place (février 2008) à la 55ème place au classement Wikio, ce n'est pas parce qu'il est moins visité puisque sa fréquentation s'est accrue de 40% environ (peut-être n'est-ce pas un bon chiffre!), mais certainement parce que les blogs de Sciences (et en particulier de maths) sont peu nombreux, et qu'ils se lient moins entre eux que les autres, les poussant inexorablement  vers la fin des classements.

    Les premières places sont raflées par les Sciences Humaines sans que les Sciences dites "dures" ne puissent guère lutter ( sauf  récemment quelques blogs de professionnels qui se hissent vers les premières places).  Nous voyons donc ici, de façon assez symptomatique, la reconduction du principe bien connu de la sélection naturelle.

    Ce ne serait pas tellement grave si cet environnement numérico-sélectif n'était pas le même dans lequel la vitrine pédagogique tente de se développer. J'ai bien peur que par cet effet environnemental très sélectif, la Science et en particulier sa composante scolaire soit de fait, moins bien représentée que d'autres disciplines plus tournées vers le grand public.

    J'avais, dans des précédents billets, abordé la difficulté technique initiale  qu'il y avait à rédiger des billets de blogs avec des formules mathématiques ou en y insérant des applets, et ceci d'autant plus que les plateformes ne font pas toutes l'effort pour permettre  de le réaliser facilement ( par exemple Hautetfort qui passe à la moulinette tous les codes ou applets qu'il juge inconnus, et qui est loin d'être le seul exemple).

    Je note aussi la difficile sensibilisation des élèves du primaire pour les Sciences, ce qui est encore plus vrai aujourd'hui, compte tenu d'une moins grande connaissance des maîtres en ce domaine. La sphère politique n'est pas en reste pour en sonner le glas. La diminution des heures des disciplines scientifiques sur la scolarité entière en est le symptôme. et un indicateur négatif fort. Il ne faut pas avoir fait de très grandes études pour concevoir que: moins de contact=niveau global plus faible dans la (les) disciplines en question!

    J'avais aussi noté la désafection de ce sujet chez les jeunes, comme le montrait l'analyse (toujours valide) du nombre de blogs dans la catégorie "Sciences" de BoosterBlog.

    Un faisceau de conditions défavorables à la diffusion de la Science auprès du grand public et des jeunes, me parait être réuni pour que l'une de ses découvertes principales, à savoir la théorie de l'évolution, puisse s'appliquer à elle même, ici et maintenant, et en particulier sur la Toile. Le plus surprenant est que l'on aurait pu penser à un rééquilibrage, compte tenu de la prise en main de l'édition numérique par un public plus large que celui des médias traditionnels, mais il n'a pas eu lieu.

     

    Ce blog et quelques autres, beaucoup trop rares, alimentés par des enseignants motivés  et bénévoles, trouvent dans ces quelques arguments, toute la justification de l'importance de leur existence.

  • Qu'est-ce que les maths 2.0 ?

    Ou une autre façon de poser la question: Où sont les maths sociales ?

     


     

    La source : Groupe Mathsfuture