[Concours national de physique appliquée au collège – Épreuve de sélection de l'établissement]
Question Un.
Complétez.
« Comme le montre la figure, un bloc de bois de poids G = 10 N est en mouvement rectiligne uniforme sur une surface horizontale lisse. Il est soumis à une force de traction horizontale F = 5 N. La force de frottement sur le bloc est donc de ( ) N. »
Chen Zhuo tenait son stylo, la main suspendue en l'air, les yeux fixés sur quelques mots de l'énoncé.
Surface horizontale lisse.
Mouvement rectiligne uniforme.
Son sourcil tressaillit involontairement.
Un sentiment de malaise extrêmement violent lui remonta le long du nerf optique jusqu'au cerveau.
'C'est reparti.'
'Cet putain d'état idéal hypocrite, castré, qui n'existe que pour les besoins d'un examen.'
Aux yeux d'un concepteur de sujets de collège, le monde était toujours aussi simple et frustre.
Les surfaces toujours parfaitement lisses, les objets toujours rigides, l'air toujours vide...
Pas de déformation, pas de rupture, pas de production d'énergie thermique, pas d'interactions électromagnétiques.
Le seul mot « lisse » dans l'énoncé effaçait purement et simplement ce mécanisme microscopique complexe et fascinant, réduisant le tout à ce « 0 » glacial.
« Quel manque de rigueur... »
Chen Zhuo marmonna.
Le bout des doigts de son autre main conservait encore le souvenir de la surface rêche et oxydée de la tige du condensateur nu qu'il manipulait tout à l'heure au laboratoire.
C'était ça, la vraie physique.
C'était le monde réel, plein de bruit, de parasites, de dérive thermique et d'erreurs non-linéaires.
Sortir tout juste de ce monde de précision où il fallait tenir compte d'une dérive de fréquence de 0,1 Hz pour se retrouver nez à nez avec un problème aussi fruste qui « supposait tout parfait »...
C'était comme demander à un neurochirurgien qui vient de boucler une suture rétinienne d'aller trancher une plaque en polystyrène bourrée de billes.
La réponse à cette question était simple.
Lisse = pas de frottement.
Mouvement uniforme = forces équilibrées.
S'il n'avait pas été lisse, la réponse aurait été f = F = 5 N. S'il l'était, la réponse était 0.
Mais il ne voulait pas écrire ce « 0 ».
Même si la raison lui dictait que ce n'était qu'une question de collège, que « 0 » était la réponse standard, l'unique voie vers la note maximale.
Il ne parvenait pas à le faire.
Devant le vaste espace vide après la parenthèse, Chen Zhuo le trouvait trop vide.
Si vide qu'il avait l'impression qu'il se moquait de son intelligence.
Chen Zhuo soupira.
Il tâtonna à côté de sa copie et dénicha une grande feuille blanche destinée aux schémas mécaniques.
« CLIC. »
Il fit sortir la mine de son critérium.
SHHH~.
Sous le simple bloc de bois, la pointe de son crayon traça une ligne épaisse et dentelée.
C'était une surface rugueuse.
Dans la foulée, un repère orthonormé standard fut posé.
L'axe des ordonnées pointait verticalement vers le haut, l'axe des abscisses horizontalement vers la droite.
Le poids, G, pointait verticalement vers le bas.
La réaction normale, N, pointait verticalement vers le haut.
Mais ça ne suffisait pas.
Le regard de Chen Zhuo se perdit au loin. Son autre main tripotait machinalement le capuchon de son stylo, tandis que celle qui tenait le crayon semblait avoir sa vie propre, traçant une lettre grecque à côté du diagramme des forces.
μ.
Le coefficient de frottement cinétique.
Puisqu'il avait dessiné une surface rugueuse, ce n'était plus une simple affaire de ƒ = F.
C'était une affaire d'imbrication moléculaire microscopique à l'interface de contact.
C'était la manifestation macroscopique de l'interaction électromagnétique.
La pointe du crayon frôla le papier, d'une rapidité extrême, développant même une cadence fluide, rythmée.
« Solution : on choisit un référentiel galiléen, S. »
« Soit : la surface n'est pas parfaitement lisse. On note μ le coefficient de frottement cinétique (μ ≠ 0). »
« Soit : la résistance de l'air n'est pas négligeable. On introduit un coefficient de trainée, k. La force de trainée est donc... »
C'était tout ?
Bien sûr que non.
L'esprit de Chen Zhuo continuait de galoper en avant.
Chen Zhuo fronça les sourcils.
'Pas assez rigoureux encore.'
'Et si je prenais en compte le frottement statique nécessaire au démarrage ?'
Le frottement statique maximal est habituellement légèrement supérieur au frottement de glissement.
Sur la feuille blanche, l'espace jadis vide était maintenant noirci de formules et de schémas.
Traits de pointillés pour la décomposition orthogonale.
Flèches pour le bilan des forces.
Lettres grecques pour les grandeurs physiques diverses.
Plus Chen Zhuo écrivait, plus sa main glissait, plus il allait vite.
'Qu'est-ce que c'est bon.'
Il n'avait même pas besoin de réfléchir.
Ces bilans de forces, ces étapes de décomposition orthogonale, étaient depuis longtemps gravés dans sa moelle, devenus un instinct plus naturel que la respiration.
Question Deux.
« Comme le montre la figure, le levier est en équilibre... »
Chen Zhuo jeta un œil au dessin frustre d'une bascule.
Il n'eut même pas à y réfléchir.
Son crayon retomba sur le papier.
'Bras de levier ?'
'Non, c'est le couple.'
Μ→ = r→ × F→
Produit vectoriel.
Moment d'inertie, I.
Accélération angulaire, α.
Lorsqu'il écrivit la loi de la rotation, ΣM = Iα, il ne se rendit même pas compte que c'étaient des notions de physique de lycée, voire d'université.
Il avait juste le sentiment que si l'on veut calculer une rotation, c'est indispensable.
C'est l'inertie.
L'inertie de la pensée.
Comme quelqu'un qui a l'habitude de piloter une F1. Même s'il ne fait que prendre une citadine pour aller au supermarché, il coupera instinctivement la corde, touchera le point de corde et accélérera en sortie de virage.
« Dix minutes plus tard. »
Chen Zhuo cessa d'écrire.
Il contempla la grande feuille devant lui, désormais entièrement couverte de tracés.
Il y avait des schémas, des formules, des hypothèses, des démonstrations.
C'était rigoureux, beau, sans faille.
Il ne manquait plus que ce putain de « 0 ».
« ... »
Chen Zhuo cligna des yeux, une paille pendue aux lèvres, figé sur place.
'J'ai un peu abusé.'
Il revint à lui, regarda la feuille bourrée de formules de physique de lycée, et la trouva soudain un brin drôle.
S'il la rendait, le vieux Zhou passerait probablement un bon moment à l'étudier à la loupe avant de lancer : « T'es malade. »
CRAC.
La porte s'entrouvrit.
Liu Xiuying entra, une assiette de pommes coupées à la main.
« Tu bosses encore ? »
Elle posa l'assiette délicatement sur le coin du bureau et se pencha pour jeter un coup d'œil.
Ce seul regard la figea.
Sous la lampe de bureau, sur la copie à l'origine si nette, gisait une feuille de brouillard noircie de traits serrés.
Ça serait encore passé pour un devoir de français, mais c'était visiblement un test de physique.
Et ces tracés...
Ces segments à flèches, ces symboles bizarres qui faisaient penser à des vers de terre, et ces fonctions trigonométriques qui lui donnaient le tournis rien qu'à les voir.
« Ça... c'est une question de collège ? C'est aussi dur ? »
Liu Xiuying était un peu perdue.
Elle n'avait pas fait d'études poussées, mais elle avait vu les devoirs des gamins du voisinage, et elle n'avait jamais vu de trucs dessinés comme ça.
« Pourquoi ça a l'air d'être des gribouillages ? Et pourquoi tu dois dessiner autant de flèches ? »
Chen Zhuo cligna des yeux.
« C'est pas dur, Maman. »
Chen Zhuo attrapa machinalement un quartier de pomme et le fourra dans sa bouche, camouflant la crispation embarrassée au coin des lèvres.
« J'ai juste... détaillé un peu plus les étapes. »
« Ah, détailler c'est bien. Ça évite les erreurs. »
Liu Xiuying acquiesça, impressionnée malgré son incompréhension totale. Sa foi dans les études de son fils était inconditionnelle.
« Bon, mange et va te coucher tôt. Veille pas trop tard. Tu dois te lever tôt demain. »
« Je sais. »
Liu Xiuying ressortit, refermant la porte derrière elle.
La pièce retrouva son silence.
Chen Zhuo fixa pendant quelques secondes la feuille qu'il avait noircie.
Chen Zhuo saisit sa gomme, décidé à tout effacer.
Mais après deux ou trois passages, il s'arrêta.
Devant les miettes de gomme noircies, il fronça les sourcils.
'C'est trop sale.'
D'ailleurs, pourquoi devrait-il l'effacer ?
C'était la vraie face du monde physique.
Pourquoi effacer une vraie démonstration juste pour coller à un problème oversimplifié ?
Chen Zhuo balança la gomme de côté.
Il n'avait pas la force de l'effacer.
Et pas la force de le changer non plus.
Il prit la grande feuille, la plia en quatre et la glissa dans son cahier de test.
Puis, sur la petite ligne pointillée du trou, il griffonna la réponse attendue sur la copie d'une écriture légèrement dégueulasse.
Une fois fait, il lâcha son stylo.
Il étira longuement les bras.
Ses articulations craquèrent en une série de CRAC-CRAC-CRAC secs.
'Beaucoup mieux.'
Cette puissance de calcul mal placée, accumulée dans son cerveau, s'était enfin évacuée, s'écoulant avec ces formules.
Il plia sa copie n'importe comment, sans même aligner les bords, et la fourra dans son cartable.
Quant à relire...
S'il avait besoin de relire un problème comme celui-là, ce serait une insulte à son intelligence.
Lumière éteinte.
Au lit.
Dodo.
Il se tourna dans son lit, remonta la couette bien serrée.
Demain, quand il claquera ce test sur le bureau du vieux Zhou, la tronche de ce dernier vaudra de l'or.
Chen Zhuo l'attendait avec impatience.