Grand oral Physique/Math

« Imaginez, vous êtes un détective.

Un soir d'été, il est 21h30, la température y est agréable, vous décidez de prendre l'air en ville.

Lorsque soudain, vous tombez sur une scène de crime.

Le chef de la police vous reconnaît et vous demande d'utiliser vos compétences en physique chimie et mathématique afin de remonter dans le temps et de déterminer l'heure de ce meurtre.

Êtes vous prêt à relever ce défi ? Aujourd'hui, la science moderne possède une grande panoplie d'outils plus fascinants les un que les autres nous permettant d'explorer les mystères de notre monde, leur confection ne cesse d'évoluer au cours du temps et des outils faisant preuve d'une prouesse technologique impressionnantes ne cessent d'apparaître.

Ensemble, nous allons voyager dans le monde intriguant de la criminalistique et de la thermodynamique afin de déterminer si la loi de refroidissement de Newton peut apporter une aide dans la résolution d'un meurtre.

La question que l'on peut se poser ici est la suivante: Peut-on utiliser la loi de refroidissement de Newton, principe physique simple, pour remonter le temps et percer les secrets d'un crime ? Afin de répondre à cette problématique, nous allons explorer les rouages et le principe de la loi de refroidissement et ses possibilités d'utilisation pour ensuite regarder sa possible implication dans la criminalistique et nous finirons par nous pencher sur ses limites de cette méthode Plongeons donc dans l'univers de la physique en introduisant la loi de Newton, formulée par Isaac Newton à la fin du 17ème siècle, Newton remarque que les objets chauds, par exemple un gâteau ou une tasse de thé perdent leur chaleur plus rapidement lorsqu'ils sont dans un environnement froid que lorsqu'ils sont dans un environnement à température ambiante.

Intrigué par ce phénomène, Newton mène donc des expériences qui lui mène à affirmer que la vitesse de refroidissement est proportionnelle à la différence de température entre l'objet et son environnement, loin d'être une simple curiosité scientifique, elle peut être retrouvé dans notre vie quotidienne, en industrie et dans la science ( Médecine, Météorologie et Géologie).

Par exemple dans notre vie quotidienne, La loi de Newton peut être utilisée pour prédire le temps de cuisson des aliments au four, sur la cuisinière ou au barbecue.

En connaissant la température initiale de l'aliment et la température du four ou du barbecue, il est possible de calculer le temps nécessaire pour que l'aliment atteigne la température de cuisson souhaitée.

Pour l'industrie, La loi de Newton est utilisée pour refroidir les composants électroniques dans les ordinateurs, les smartphones et autres appareils électroniques.

En maintenant les composants électroniques à une température appropriée, il est possible de prolonger leur durée de vie et d'améliorer leurs performances.

Et pour la science, on peut l'utiliser pour modéliser le transfert de chaleur entre l'atmosphère et la surface de la Terre.

Cela permet de prédire la température, les précipitations et d'autres conditions météorologiques.

Revenons sur notre cher Newton, il avait donc établi une affirmation grâce à ses expériences qu'il a modélisé grâce à une équation différentielle: dT/dt= -kΔT.

Avec dT qui représente la dérivée de la température de l'objet, dt qui représente la dérivée du temps, c'est à dire que dT/dt est la dérivée de la température en fonction du temps qui symbolise la vitesse de refroidissement, ensuite k qui est égal à 1/τ représentant une constante symbolisant la vitesse avec laquelle l'objet perd de la chaleur et ΔT qui est la différence de température entre l'objet et son environnement.

On peut aussi l'écrire (T-Tamb) avec T qui est la température de l'objet et Tamb qui est la température de l'environnement ambiant qui symbolise le moteur du transfert thermique.

Cette équation différentielle est une équation linéaire du premier ordre a coefficient constant avec un second membre.

Elle est de la forme y'= ay+b.

La loi de Newton s'appuie sur le principe fondamental du transfert thermique, c'est à dire que la chaleur s'écoule toujours des objets chaud vers les objets froids.

Cette loi fonctionne donc uniquement avec la convection thermique.

La convection thermique est le transfert de chaleur par le mouvement d'un fluide.

Par exemple, lorsque vous faites chauffer de l'eau dans une casserole, la chaleur de la.... »