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samedi 29 mars 2008

Combien dure une partie de bataille?

Ce post est un exemple de mathématiques appliquées au bonheur familial. Ma fille Perrine a découvert l'interminable (?) jeu de bataille, et elle veut que je joue avec elle. Je me suis amusé à quelques simulations, histoire de savoir à quoi je m'engage exactement en lui disant oui.

Ci-dessus la distribution de la longueur des parties, pour 2000 donnes. Il y a deux versions qui diffèrent par la manière dont l'ex-aequo (la "bataille") est traité. En bleu: on rejoue et celui qui gagne empoche les 4 cartes; en rouge: on ajoute d'abord chacun une carte retournée avant de rejouer, et celui qui gagne empoche les 6 cartes. C'est assez surprenant de voir comme le fait d'ajouter des cartes retournées raccourcit sensiblement les parties (bien que je compte la mise des cartes retournées comme un coup). J'avais a priori imaginé le contraire, parce que les cartes retournées auraient pu etre une manière de filer des bonnes cartes à un adversaire qui aurait eu un mauvais jeu et n'auraitpas eu la possibilité de les gagner à la régulière. Ca aurait pu équilibrer les forces, mais apparemment c'est autre chose.

Quoi qu'il en soit, c'est quand meme tres long. Une partie sur deux dure plus de 270 coups dans le premier cas, et 200 coups dans le second. On peut raccourcir le jeu en n'utilisant pas tout le jeu. Encore une fois, la "bataille" a un drole d'effet. Ci-dessous les distributions de longueur des parties pour un jeu de quatre couleurs de 6 cartes (bleu) ou de deux couleurs de 12 cartes (rouge).

Ces deux jeux different par la fréquence d'occurrence des ex-aequo (qui est plus grande pour le bleu). Les parties les plus courtes sont obtenues avec le jeu qui rend les "batailles" les plus probables. Pourquoi?

vendredi 7 mars 2008

jeudi 21 février 2008

Triletters

A few days ago was HMB's birthday. Happy birthday, H!

vendredi 1 février 2008

Perspective



Reminder: these rays are physically all parallel.

samedi 12 janvier 2008

vendredi 11 janvier 2008

mercredi 19 septembre 2007

Bricolages inspirés de Escher


J'ai fabriqué ce puzzle en argile avec mes filles, c'est inspiré d'un des nombreux pavages du plan de Escher. Je suis surpris que personne ne propose ce genre de chose pour carreler une salle de bain. Avec un emporte-pièce ça ne doit pas être trop compliqué à faire.

vendredi 31 août 2007

Photomaton


Prenez une image, découpez-la en blocs de 2*2 pixels, et recréez 4 images plus petites en ne gardant qu'un pixel dans chacun de ces blocs. Placez ces sous-images cotes à cotes, comme pour un photomaton (à la différence que ces images ne sont pas identiques!).

Répétez l'opération jusqu'à ce que vous retombiez sur l'image initiale. Ici, c'est une photo de 512*512 pixels; il suffit de répéter 9 fois l'opération (512 = 2^ 9) pour récupérer l'image initiale.


Inspiré de "Une scytale informatique" par J.-P. Delahaye et P. Mathieu, Pour La Science, Septembre 2007.




jeudi 23 août 2007

De Paris, le 23 de la lune de Rhamazan

Mon père, lui dis-je, quels sont ces gros volumes qui tiennent tout ce côté de la bibliothèque?-Ce sont, me dit-il, les interprètes de l'Ecriture. -Il y en un grand nombre! lui repartis-je. Il faut que l'Ecriture fût bien obscure autrefois et bien claire à présent.

Lettres persanes, extrait de la lettre CXXXIV.

lundi 20 août 2007

jeudi 16 août 2007

Soda-bottle water rockets



To build a water rocket [e.g. 1, 2], you need:
(i) a plastic soda-like bottle, (ii) a rubber tap with a plastic flexible pipe through it, and (iii) a bike pump.

Fill half the bottle with water, close it with the tap, turn it upside down, and pump air through the pipe until the tap plops off . The water is pushed out of the bottle by the air pressure, and there you go!

Below are some pictures of a few launches with a 2 l mineral water bottle. The pressure in the bottle is about 4 atmospheres when the tap plops (my bike pump has a manometer). The camera we had did not enable us to take more than 5 pictures per second. In each case, the water expulsion (i.e. the burnout) is shorter one fifth of a second!



On the first picture I am hiding behind the cabin and pumping. Less than 0.2 seconds later, the bottle has expelled all its water and it is 5 meters high. With some rough kinematics (velocity = acceleration*time, distance = 1/2 acceleration*time squared), one finds that the average acceleration of the bottle is more than 25 g’s, and its velocity after 0.2 s is more than 50 m/s!

The inset shows the nicely even bouncing of the water jet on the ground at the rocket’s takeoff. The cloud in the second picture (indicated by an arrow) is formed when the bottle empties entirely from all its water. From the second and third pictures, it is interesting to note that, although the water is being expelled downwards, the water of the cloud is moving upwards. The reason for this is that the water is expelled downwards relative to the bottle. As the bottle itself is climbing faster than the water is descending compared to it, the absolute velocity of the water is still upwards.

Incidentally, this is what multistage rocket systems aim at avoiding [3]. The first stage uses low exhaust velocity fuels, and high exhaust velocity fuels are used in the upper stages. Under these conditions, the exhaust velocity increases when the rocket gains speed: the fuel is always expelled backwards, which makes the propulsion very efficient.

It would be interesting to check whether the same can be obtained with a water rocket by optimizing the shape of the bottle.





Here is another launch that was pretty successful, as for the height reached by the bottle.

There is something disappointing with all these launches though: the bottle rotates. This is clear from the second picture of the first launch, and from the third picture of the second. The rotation clearly increases the aerodynamic drag on the rocket, which reduces its maximum height.

An additional issue related to the rotation of the bottle is that it is not possible to put a parachute on the rocket (which prospect made my daughters hectic). The parachute opens as soon as the bottle starts rotating, i.e. immediately after the burnout, and the launch is a fiasco.

Perhaps an appropriate shape of the bottle can make the rocket more stable, and prevent it from rotating.

How about side wings?
Surely my daughters will love it!

[1] D. Kagan, L. Buchholtz, L. Klein, “Soda-bottle water rockets”, The Physics Teacher, 33 (1995) 150-157.
[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Water_rocket.
[3] R.H. Gowdy, “The physics of perfect rockets”, American Journal of Physics, 63 (1995) 229-232.

vendredi 10 août 2007

25/5=14

This is good fun, although it vaguely reminds me of some math lessons I attended as a kid.

25/5=14

From Ma and Pa Kettle Back on the Farm (1951).

vendredi 15 juin 2007

mardi 12 juin 2007