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Les objectifs de connaissance : Les objectifs de savoir-faire : - La lumière présente des aspects ondulatoire et particulaire ; - On peut associer une onde à une particule (relation de De Broglie) ; - Transferts d’énergie (émissions spontanée et stimulée d’énergie) ; - Aspect probabiliste de certains phénomènes quantiques ; - Fonctionnement du LASER et propriétés. - Identifier des situations physiques où le caractère ondulatoire de la matière est significatif ; - Identifier des situations physiques où le caractère corpusculaire de la matière est significatif. Thème : COMPRENDRE Livre : Chapitre 8 Thème : COMPRENDRE Livre : Chapitre 8 Domaine : Temps, mouvement et évolution Temps et relativité restreinte Temps et relativité restreinte Domaine : Temps, mouvement et évolution Temps et relativité restreinte Temps et relativité restreinte
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1. Invariance de la célérité de la lumière Définitions : - Le référentiel propre d’un objet est le référentiel dans lequel cet objet est immobile, c’est à dire le référentiel lié à l’objet ; - E- En relativité, un évènement est un fait se produisant en un point de l’espace à un instant donné ; - U- Un postulat est une affirmation non démontrée servant de base à une théorie. 1.1. Composition des vitesses La mécanique classique (transformations de Galilée ) conduit à la loi d’additivité des vitesses lors d’un changement de référentiel :
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L’expérience de Michelson et Morley (ci-contre), effectuée au XIX e siècle montre que la loi d’additivité des vitesses ne s’applique pas aux ondes lumineuses : la mesure de la vitesse de propagation de la lumière dans le vide par rapport à la Terre donne toujours la même valeur c, et est indépendante de la vitesse de déplacement de la Terre par rapport au Soleil. 1.3. Postulats d’Einstein En tenant compte des observations expérimentales (cf. §1.1 et 1.2) concernant la vitesse de propagation de la lumière, Albert Einstein publie, en 1905, une nouvelle théorie connue sous le nom de « théorie de la relativité restreinte » qui repose sur deux postulats : Postulat n°1 : Les lois de la physique s’expriment de la même façon dans tous les référentiels galiléens. Postulat n°2 : La vitesse de propagation (ou célérité) de la lumière dans le vide est indépendante du mouvement de la source lumineuse et elle est invariante dans tout changement de référentiel galiléen. 1.2. Expérience de Michelson et Morley
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2. Théorie de la relativité restreinte 2.1. Relativité du temps Définitions : - La durée propre (ou temps propre) t p entre deux évènements est une durée mesurée par une horloge immobile dans le référentiel propre où se déroule l’évènement ; - La durée mesurée (ou temps mesuré) t m entre deux évènements est la durée mesurée par une horloge fixe dans un référentiel galiléen ( ) en mouvement par rapport au référentiel galiléen ( P ) dans lequel on mesure la durée propre. A RETENIR : La durée entre deux évènements dépend du référentiel dans lequel est effectuée la mesure. 2.2. Dilatation des durées
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A RETENIR : Dans deux référentiels et P galiléens, la durée t m d’un phénomène mesurée dans et sa durée propre t P mesurée dans P sont liées par l’expression : La durée mesurée t m dans est toujours supérieure à la durée propre t P : on dit qu’il y a dilatation des durées. 3. Preuves expérimentales Pour des vitesses relativistes (proches de c) L’expérience des physiciens Bruno Rossi et David Hall, en 1941, est la première preuve expérimentale de la dilatation des durées : elle consiste à compter le nombre de muons détectés en une heure au sommet d’une montagne ainsi qu’au niveau de la mer. Voir activité 2 p211 du livre
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Pour des vitesses non relativistes (très faibles devant c) Un autre cas observé de dilatation temporelle est le décalage entre horloges atomiques au sol et en vol. Remarque : le mot « restreinte » signifie que la théorie s’applique uniquement à des référentiels dont le mouvement est rectiligne et uniforme.
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