Exercices à la Fermi
Bonjour,
Je souhaiterais savoir ce qu'on appelle des exercices "à la Fermi", qui portent sur les ordres de grandeurs.
Plus particulièrement, je serais intéressé d'en avoir des exemples.
Merci d'avance pour votre aide.
PS : Je poste en hors maths, parce que je ne sais pas exactement où mettre ce fil. Si un modérateur estime qu'un endroit différent serait plus adapté, pas de souci !
Je souhaiterais savoir ce qu'on appelle des exercices "à la Fermi", qui portent sur les ordres de grandeurs.
Plus particulièrement, je serais intéressé d'en avoir des exemples.
Merci d'avance pour votre aide.
PS : Je poste en hors maths, parce que je ne sais pas exactement où mettre ce fil. Si un modérateur estime qu'un endroit différent serait plus adapté, pas de souci !
Réponses
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Tu parles de l'histoire du nombre d'accordeurs de piano à New-York, j'imagine ?
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Je l'ignore, mais si tu sais de quoi je parle, instruis moi !
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Bonsoir Rémi.
Effectivement, l'histoire des accordeurs de pianos est la plus connue. Fermi aurait estimé la puissance de la bombe du projet Manhattan en laissant tomber des bouts de papier au moment où le souffle arrivait sur lui.
Il s'agit de modéliser un problème grossièrement afin d'avoir un ordre de grandeur du résultat. On ne doit pas avoir de données chiffrées dans l'énoncé.
Des exemples de questions:
Quelle est la longueur de tous les trottoirs de Paris ?
Avec l'eau de pluie qui est tombée sur la France, combien peut-on remplir de piscines olympiques ?
Si on remplit Notre-Dame de Paris avec des balles de Ping-Pong, quelle masse cela fait-il ?
Si on dénoyaute des mirabelles pendant les matches d'une coupe du monde de foot, combien cela fait-il confiture ?
Il ne faut pas hésiter à préciser l'énoncé, un peu flou souvent, avant de répondre.
amicalement,
e.v.Personne n'a raison contre un enfant qui pleure. -
Merci beaucoup ev!
Y a t-il des méthodes spécifiques our résoudre ce genre d'"énigmes" ou bien c'est juste du bon sens ?
(on me demande de proposer ce genre d'exos à des étudiants, et je ne vois pas bien le contenu mathématique de la chose, si ce n'est un raisonnement logique...) -
Ces exercices sont proposés aux étudiants de Sciences Po. Ils sont appelés aussi "exercices de bon sens". C'est tout dire. Le cadre s'appelle Méthodes mathématiques et quantitatives. Le contenu mathématique est négligeable...Reste le quantitatif ! Pour le raisonnement - je laisserai tomber logique - tous les coups sont permis. Par exemple pour (re)trouver la superficie de la France (actuelle) pour la deuxième question:
Les distances Dunkerque-Perpignan et Brest-Strasbourg valent 1000 km. Donc la France s'inscrit dans un carré de 106 km2. Tu rabats les quatre coins du carré pour obtenir un carré d'aire deux fois plus petite soit 5 x 105 km2 ce qui n'est pas loin des 5,5 x 105 km2 que j'ai appris à l'école.
Donc les maîtres mots sont: bon sens, culture générale et puissances de dix.
Au début les étudiants sont décontenancés (un peu comme toi): Le prof pose des questions dont il n'a pas la réponse, je trouve dix fois plus que mon voisin et nous avons tous les deux juste !
amicalement,
e.v.
Un très simple pour la route: On veut transporter discrètement un million d'euros en coupures de 500. On les empile. Quelle est la hauteur de la pile ? Même question pour un milliard d'euros.Personne n'a raison contre un enfant qui pleure. -
bonjour
notre amie e.v. a beaucoup d'imagination!
les exercices qu'elle propose font appel au bon sens, à la mémoire et à l'esprit d'observation
à mes élèves de BTS, en début d'année je soumettais des exercices dans ce style-là
avec tout de même des données chiffrées pour calculer mentalement les ordres de grandeur
de paramètres tels que taux de change, taux de variation, pondération de facteurs, parts de marché
je faisais les opérations en même temps qu'eux et je n'admettais pas d'écarts supérieurs à 10 %!
donc j'étais plus exigeant que Fermi, qui lui ne donne pas de données chiffrées
pour répondre à Rémi, on peut lui conseiller surtout si ses élèves sont dans le cycle secondaire
de puiser ses exemples en astronomie: il peut leur demander les périodes de révolution des planètes du système solaire
compte tenu de leur distance à l'étoile (comptée en unité astronomique c'est-à-dire la distance de la Terre au Soleil)
ou encore la masse des satellites de Jupiter comparées à celle de la planète mère et connaissant leur période
tout cela avec comme seule indication les trois lois (simplifiées) de Képler!
cordialement -
Bon, allez, je m'y risque :On veut transporter discrètement un million d'euros en coupures de 500. On les empile. Quelle est la hauteur de la pile ? Même question pour un milliard d'euros.
Je n'ai pratiquement jamais vu de billets de 500 mais j'ai tiré au distributeur 9 billets de 50 qui ont une épaisseur totale d'environ 2mm. Un billet de 500 doit faire 0,2 mm environ, donc 1000 Euros font 0,4 mm, et 1 million d'Euros font 40 centimètres. Facile à transporter dans un petit sac.
Pour 1 milliard d'Euros, l'épaisseur ferait 400 mètres, ce qui est beaucoup. D'un autre côté, un billet fait (à vue de nez) 0,01 mètre carré, donc le volume total est de 4 mètres cubes, ce qui rentre bien dans une petite camionnette. -
Quelle est la longueur de tous les trottoirs de Paris ?
Si on suppose que Paris est un carré de 10 km x 10 km quadrillé par des rues larges de 20m et des immeubles qui sont des carrés de 20m de côté, alors on a 250 rues dans le sens nord-sud qui font au total 2500 km. Cela fait environ le double de trottoirs (sauf qu'il n'y a pas de trottoirs dans les carrefours). On multiplie encore par 2 pour prendre en compte les rues est-ouest, ce qui donne de l'ordre de 10000 km de trottoirs. C'est sans doute une estimation haute car les immeubles sont collés les uns aux autres, et de plus il y a des parcs, des grands monuments, etc. Sans doute 5000 km serait plus proche de la réalité. -
Avec l'eau de pluie qui est tombée sur la France, combien peut-on remplir de piscines olympiques ?
S'il pleut 10m par an en France (estimation haute) et que la France fait 500000 km carrés, et qu'une piscine olympique fait 50x25x2 = 2500 mètres cubes, alors on peut remplir
5.10^12/(2,5.10^3)=2 milliards de piscines olympiques.
[Edit : je me suis trompé d'un facteur 10 sur les précipitations, on obtient 200 millions de piscines olympiques] -
Si on remplit Notre-Dame de Paris avec des balles de Ping-Pong, quelle masse cela fait-il ?
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Si on dénoyaute des mirabelles pendant les matches d'une coupe du monde de foot, combien cela fait-il de confiture ?
Quelle idée de dénoyauter des mirabelles pendant les matches. Si 1 milliard de personnes regardent 10 matches de 90 minutes, et dénoyautent 1 mirabelle de 2 grammes toutes les 10 secondes (ce n'est pas rapide mais il faut bien regarder l'écran de temps en temps), cela fait 10^10 x 90 x 6 x 2 = 108 x 10^11 = 10^13 grammes environ, soit 10^7 tonnes de mirabelles dénoyautées. Le poids en confiture doit être équivalent (la cuisson fait perdre de l'eau mais il faut rajouter du sucre). -
Bon, allez, voici une question que m'a posée mon fils de 6 ans et à laquelle je n'ai pas pu répondre immédiatement : combien y a-t-il de litres d'eau dans la mer ? [N.B. bien entendu, il n'est pas capable de comprendre la réponse !]
-
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Ah oui, je me suis trompé d'un zéro.
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Encore quelques autres questions du même genre :
- combien y a-t-il d'arbres en France ? Et dans le monde ?
- combien y a-t-il de feuilles sur un arbre ?
- combien y a-t-il de grains de sable sur une plage ?
- combien pèse un nuage ? -
Bonjour,
Ces exercices à la Fermi donnent des idées de questions à soumettre à des élèves de seconde (pour certains d'entre eux il faut les motiver, maintenant qu'ils sont en seconde sans goût ni dispositions...), moins gratuites peut-être, plutôt en lien avec l'actualité et permettant de mobiliser des connaissances en sciences expérimentales, SES voire EPS.
J'avais posé cette année en seconde la question : "Quel volume occupe le milliard de dollars que Kadhafi a tenté de faire venir par bateau d'angleterre?", sans la voir comme une question à la Fermi (d'ailleurs, j'avais donné des hypothèses sur les coupures et le papier), même si je connaissais les accordeurs de piano (je l'aurait attribuée à Feynman en me trompant, mais il a du relayer cette question). C'était la question que je m'étais posée en lisant l'info.
Je me posais aussi des questions plus jeune. Les participants de ce forum, plutôt forts en maths à l'école, pensez-vous aussi que c'est un élément qui vous a aidé à réussir ? En donnant une aisance en calcul, en donnant de l'intérêt aux maths parce qu'elles permettent de répondre à des questions au quotidien, et de débusquer par exemple des erreurs dans les médias ? -
Merci merci merci à tous!!!
C'est bien plus que je ne l'espérais!!
Pour être clair, je dois enseigner les maths à sciences-po l'an prochain, dans le cadre décrit par ev.
Je manquais d'inspiration et de culture sur la question.
Mais grâce à vous, j'ai plusieurs flèches à mon arc.
PS : une chose m'inquiète quand même sur le principe : les étudiants de sciences-po ne sont pas des modèles d'humilité, on les forme pour qu'ils puissent avoir toujours raison, si en plus on leur donne des méthodes pour évaluer toutes sortes de choses, même si cela aiguise le bon sens, n'est-il pas à craindre que ces étudiants n'aient plus le recul nécessaire pour remette en question leur propre parole, ne les forme-t-on pas, insidieusement, à une excessive confiance en soi ? -
vg a écrit:Je me posais aussi des questions plus jeune. (...) pensez-vous aussi que c'est un élément qui vous a aidé à réussir ?
D'après moi, ce qui fait réussir en maths c'est le cercle vertueux
j'aime les maths --> je les pratique régulièrement --> je suis à l'aise en maths --> j'aime les maths.
Impossible de dire quel est le point de départ. Le fait de se poser des questions permet de pratiquer le calcul, et donc de travailler ses aptitudes mathématiques, mais on ne le fait naturellement que si on aime un peu les maths.
Pour en revenir aux questions à la Fermi, j'ai l'habitude de m'en poser régulièrement des plus ou moins farfelues. En voici quelques autres :
- combien de fourmis peut-on mettre dans une baignoire ? 1 milliard de fourmis rentrent-elles dans une pièce d'un appartement ?
- quel est le poids d'une fourmi ? D'une bactérie ? D'un cheveu ? D'un poil ?
- combien d'atomes y a-t-il dans un virus ? Dans un prion ?
- Si on dessine l'univers sur une carte de sorte que la distance Terre-Soleil soit de 1mm, où se trouve l'étoile la plus proche sur la carte ? Quelle est la taille de la Voie Lactée, la distance à la galaxie d'Andromède, le diamètre de l'univers observable sur la carte ?
- Il fait 13 degrés chez moi. En allumant tous mes radiateurs, combien de temps faut-il pour atteindre 18 degrés ?
- Le chauffe-eau a été coupé pendant longtemps. Je viens de le remettre en marche. Dans combien de temps pourrai-je prendre une douche ?
- Combien d'esclaves dois-je faire pédaler pour produire l'électricité que je consomme ?
- Combien d'énergie reçoit-on du soleil ? Comparer avec l'énergie fossile consommée.
- Si je fais attention à éteindre la lumière en sortant de la pièce, combien d'énergie est-ce que j'économise ? Quel est l'équivalent en km de voiture ?
- Combien d'Euros par personne représente la dette publique de la France ?
- Combien d'années de SMIC DSK a-t-il besoin pour financer sa défense et sa résidence surveillée ?
- Combien y aurait-il d'êtres humains si la densité de la population dans le monde était égale à celle dans Paris (resp. celle de la France) ?
(Si je raconte ça en dehors d'un forum de maths, je passerais sûrement pour quelqu'un d'anormal.) -
Je retiens le chauffe-eau...
Voici celles auxquelles j'ai pensé, avec des connaissances des disciplines du lycée en seconde :
\begin{itemize}
\item Combien coûte ou rapporte à l'état français la mesure <dernière mesure fiscale en date> ?
\item Quel volume occupe le milliard de dollars libyens en cash que Kadhafi a tenté de faire venir par bateau
d'Angleterre ?
\item Quel volume occupe le milliard de dollars US livré en or physique à New-York pour le compte de l'université du Texas ?
\item Quel est le déficit de précipitation en litres par habitant durant tel mois sec en france (on donne le déficit en mm) ?
\item Combien y a-t-il de faits divers de <type de fait divers à la mode médiatiquement> en France par jour ? (exemple avec les suicides à France Télécom).
\item Peut-on faire Paris-Marseille en relais de course-à-pied dans la journée ?
\item Combien de temps pour traverser la Manche à la nage ?
\item Quelle est la facture d'eau mensuelle d'un ménage français ? En combien de temps l'appartement serait-il complètement rempli par l'eau consommée ?
\item Combien d'hectares planter en blé pour faire du pain pour les français ?
\item Combien faut-il de cyclistes professionnels à l'allure d'un final d'étape du Tour pour fournir la puissance électrique d'une tranche nucléaire française ?
\end{itemize} -
Bonsoir JLT.
Merci pour tes questions. Grand merci.
Pour l'eau des océans, je prends un rayon $R = 6\times 10^3$ km pour la terre. Je sais que la surface de la terre mesure $4\pi R^2$ et que les trois quarts sont recouverts par les océans, ce qui me donne $ 4\times 10^8$ km$^2$. Je prends une profondeur moyenne de $2$ km ce qui me donne $10^9$ km$^3 = 10^{18}$ m$^3 = 10^{21}$ L.
Je suis comme ton fils de 6 ans, je ne sais pas ce que ça veut dire. Donc je vais faire passer toute cette eau dans le robinet de ma cuisine. Ce robuste robinet a un débit de 1L/s. Comme un milliard de secondes c'est trente ans environ, il faudra $30\times 10^{12}$ ans soit trente mille milliards d'années ce qui doit faire six mille fois l'âge de la terre.
D'où l'intérêt d'avoir une robinetterie garantie à vie.
amicalement,
e.v.Personne n'a raison contre un enfant qui pleure. -
Pour les mirabelles de la coupe du monde.
Un exemple typique de question où il faut préciser l'énoncé.
Dans mon interprétation il n'y a qu'un seul spectateur. Il y a, de mémoire, - je pars du principe que je rédige les solutions avant d'aller voir Wikipedia - huit groupes de quatre équipes soit six matches par groupes. Mais les derniers matches préliminaires se jouent en même temps, donc il n'est possible de voir que cinq matches. Donc quarante pour les préliminaires. Restent seize équipes qui disputent donc quinze matches plus la petite finale ce qui nous fait 56 matches de 90 minutes, je fait grâce des arrêts de jeu, des prolongations et autres tirs au but. soit 84 heures. allez disons 100 et n'en parlons plus.
Un seau de mirabelles de 5kg se dénoyaute en 1h - réponse texto d'un(e) étudiant(e) ! - ce qui nous fait 500 kg de fruit, soit une tonne après avoir rajouté le sucre. Contrairement à JLT je néglige la perte d'eau en réduisant.
Le plus gros problème est de faire coïncider la coupe du monde avec la récolte des mirabelles.
amicalement,
e.v.Personne n'a raison contre un enfant qui pleure. -
1L/s!! Il carbure ton robinet!
-
Je considère qu'une fourmi pèse 0,01 g - Bon OK, Wiki dit que c'est le haut de la fourchette, je m'en sors bien - une baignoire fait 125 L donc 125 kg d'eau soit 125 kg de fourmis, vu qu'une fourmi c'est de l'eau. J'ai donc 10 millions de fourmis dans ma baignoire !
amicalement,
e.v.Personne n'a raison contre un enfant qui pleure. -
J'ai donc 10 millions de fourmis dans ma baignoire !
Malgré la chaleur, je n'irais pas y faire un plongeon (:D -
Bah, il suffit de les apprivoiser et de les appeler chacune par son petit nom en leur demandant de se pousser un peu, c'est quand même pas sorcier !
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Oui je suis au courant, c'est pour cela que j'ai signalé qu'il était robuste !1L/s ça crache à mort, mais c'est juste pour avoir une idée.
amicalement,
e.v.Personne n'a raison contre un enfant qui pleure. -
Pour continuer, si l'orifice du robinet fait 1cm², un débit de 1L/s donne une colonne d'eau de 10m de haut, ce qui n'est pas tellement impressionnant.
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Ca, c'est si tu as tourné le robinet vers le haut par mégarde et que tu en mets partout dans la salle de bains, non ?
-
Et si t'as que 2m50 sous plafond...?
-
Par contre dans une salle de bain, j'avoue qu'un robinet en l'air ferait des dégâts impressionnant.
-
Bah, y a juste à sceller le lavabo au plaftard.
amicalement,
e.v.Personne n'a raison contre un enfant qui pleure. -
qadassi écrivait:
> Pour continuer, si l'orifice du robinet fait 1cm²,
> un débit de 1L/s donne une colonne d'eau de 10m de
> haut, ce qui n'est pas tellement impressionnant.
Ca ne fait qu'un jet d'eau de 5m, et non 10m. En effet, la vitesse de sortie est de v=10m/s mais v2=2gh donne h=5 environ.
(rem : c'est ce qu'on peut appeler un "probleme de robinet !') -
Merci pour la correction, ah les vacances...
Mon bon mauvais calcul, h= -1/2 gt² + vt sin(a) = -5t²+10t=-5(t-1)²+...., on atteint le sommet après une seconde de trajet et l'eau aura fait 10m/s!!!
J'aurais terminé mon calcul... faire un calcul de pesanteur pour trouver un résultat absurde, j'aurais, j'aurais...bref bien fait pour ma gueule, je finis le premier des cretins.
Faut que je démissionne, parce que j'ai fini en arroseur arrosé à cause d'un problème de robinet
nb: -
Bon, je ne démissionne pas parce que je viense de faire l'expérience et j'arrête mes cretinneries, mais il y a aussi une part de poussée de l'eau à ne pas négliger ce qui fait une colonne d'hauteur comprise entre au plus 5m pour la derniere goutte d'eau avant la fermeture du robinet et un peu moins de 10m pour le cas idéal où le robinet est à la verticale la plus parfaite sans oublier la liquidité qui fait le jet d'eau part dans tous les sens malgré qu'il soit vertical et sans vent....
J'arrête (:D -
Bonjour,
Hier j'ai trouvé toute une rubrique intiulée "Fermi Questions" sur ce site http://tpt.aapt.org/ (regarder vers le bas de la page, colonne de droite).
La rubrique des questions passées, avec les réponses se trouve là : http://tpt.aapt.org/features/fermi_questions_solutions
J'ai parcouru un peu, c'est quand même beaucoup en rapport avec la physique, mais pas uniquement (par exemple : on passe de plus en plus de temps devant notre ordinateur, sur les réseaux sociaux par exemple, au lieu de parler en vrai avec des vrais gens..... combien de caractères tape un américain en moyenne sur son clavier d'ordinateur en un an ?). -
Personne n'a raison contre un enfant qui pleure.
-
Si l'on dispose d'une mole de pâtes à potage (type pâtes alphabet) et qu'on les étale sur toute la surface de la Terre, quelle épaisseur obtient-on ?
-
1 pâte = 1mm^2
surface de la Terre = 4π(6400)^2 = 515 10^6 km^2 = 515 10^18 mm^2
Avogadro = 6 10^23
nb de couches de pâtes = (6/0,5) 10^(23-21) = 1200
épaisseur d'une pâte = 0,5mm
épaisseur de la couche = 60cm -
Tiens, j'ai relu le fil et j'ai eu envie de répondre à cette question :vg a écrit:Peut-on faire Paris-Marseille en relais de course-à-pied dans la journée ?
Un sprinteur de haut niveau met 40s pour faire 400m.
Si on fait un relais de 2000 de ces coureurs, ils font les 800km en 80000s ce qui laisse encore presque 2h de pause-pipi.
Bon, il reste à trouver 2000 sprinteurs qui font le 400m en 40 secondes...
Remarque, en les relayant entre eux en utilisant le TGV... on peut sans doute en utiliser moins.
Combien de sprinteurs sont réellement nécessaires ? (on évitera de les tuer, c'est une espèce en voie de disparition) -
Argh, on me signale dans l'oreillette que le record du monde du 400m est de 43 secondes et quelques.... et même si on ne compte que 774 km pour la distance Paris-Marseille (par la route, parce qu'à vol d'oiseau, c'est moins de 700km, mais je plains ceux qui se payeront le Massif Central !), ça ne passe que si on déniche 1935 recordmen du monde qui se relaient en courant le 400m entre 44 et 45 secondes en moyenne, le tout pendant 24h.
Bof, on cherchait un ordre de grandeur, non ?
Donc ça passe ! (:P) -
Bisam, tu dois pouvoir gratter une bonne seconde par passage de relai.
amicalement,
e.v.Personne n'a raison contre un enfant qui pleure. -
Sinon il suffit de trouver 8000 personnes courant le 100 m en moins de 10.8 secondes, ça doit se trouver sans problème. Sans compter le fait que lors du passage de témoin le coureur est déjà lancé.
-
Depuis la création du passe navigo, combien de stade de football seraient recouvert par des tickets de bus utilisés ? :S
-
Je le reconnais celui-là. C'est un classique (très mal) posé à Sciences-Po, je dirais il y a deux ans.
amicalement,
e.v.Personne n'a raison contre un enfant qui pleure. -
comment tu poserais la question toi, ev ?
-
Le principe d'un problème de Fermi - version Sciences-Po, j'entends - est que l'on n'a recours à aucune information extérieure.
D'abord, cette question nécessite de connaître la date de la mise en service de navigo. Ce système remplace les tickets de bus/métro mais aussi les cartes oranges. Sachant que des individus louches - comme moi - continuent d'utiliser ces fameux tickets jaunes, euh verts, ou violets, ou je ne sais plus je m'y perds.
Bref, pour répondre à ta question, ce problème de Fermi, je ne le poserais pas !
Je poserai plutôt à la place : Combien pourrait-on remplir de piscines olympiques avec le vin qui a été bu lors de la traditionnelle soirée du "beaujolais nouveau " ?
amicalement,
e.v.Personne n'a raison contre un enfant qui pleure. -
Je viens de me farcir deux paquets de copies d'examen final de science-Po avec trois exercices à la Fermi.
C'est pas triste ! -
Peux-tu poster les énoncés ?
-
De mémoire :
1) Combien faudrait-il de cartes postales pour recouvrir la place de l'hôtel de ville à Paris.
2) Combien de fois la lettre "e" aura-t-elle été imprimée dans l'ensemble des journaux "Le Monde" du 23 avril 2012.
3) Si on empilait tous les livres présents en île-de-France, quelle serait la hauteur de la pile ? La comparer avec la circonférence terrestre.
2 pts chacun. -
Bon, je vais poster mes réponses.
1) Admettons que la place de l'hôtel de ville fasse 10000 $m^2$ (je ne sais plus de mémoire si 100m sur 100m est réaliste), et qu'une carte postale fait 20cm sur 10cm, soit 1/50 $m^2$. Il faut alors 500000 cartes postales.
2) Si on suppose que Le Monde est tiré à 1000000 exemplaires (en période d'élection, les ventes sont plus importantes que d'habitude), qu'il y a 30 pages, que chaque page fait 1/10 $m^2$ = 1000 $cm^2$, qu'un caractère fait $1/10$ $cm^2$, que $10\%$ des caractères sont des "e", alors il y en a
$10^6\times 30\times 10^4/10=3\times 10^{10}$.
3) Il y a de l'ordre de $10^{7}$ habitants en Ile-de-France. Le nombre de livres par habitants est peut-être de l'ordre de 100, ce qui donne $10^9$ livres. A cela il faudrait ajouter les livres de la BnF, des bibliothèques universitaires, etc. mais ça doit représenter bien moins. En comptant 2cm par livre, cela donne 20000 km. Comme on a fait des approximations, on peut en conclure que la hauteur de la pile a le même ordre de grandeur que la circonférence de la Terre.
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