Physique Flashcards
Interférences d’ondes
2 ondes de même fréquence se rencontrent et selon les endroits se combinent quand sont en phase (interférences constructives) où s’annulent (destructives) selon la distance parcourue par chacune en ce point
Expérience type d’interférences lumineuses
Fentes de Young
Principe des fentes de Young
Séparent un faisceau lumineux en 2 et fait comme si 2 ondes de même fréquence et partant de points différents se croisaient
Que voit-on avec les fentes de Young
Des franges d’interférences avec alternance lumière/ombre
Intérêt de l’expérience des fentes de Young
Prouve que la lumière est une onde puisque si on bloque une fente, il va y avoir de la lumière la où c’était sombre
L’onde de la lumière est
Électromagnétique
Ambition de la théorie des cordes
Être une théorie du tout
Théorie du tout
expliquer toute la physique = combiner relativité générale et mécanique quantique
Relativite générale s’occupe de
L’ «infiniment» grand
Quantification d’une théorie
Utiliser les principes de la mécanique quantique pour transformer une théorie macroscopique «classique» et l’appliquer au microscopique
Le focus de la relativité générale
C’est une théorie sur la force de gravité
Théorie du tout et quantification
La théorie du tout doit quantifier la relativité générale pour donner une théorie microscopique de la gravité
Autre nom de la théorie du tout
La gravité quantique
Les forces fondamentales
Gravité
Électromagnétisme
Force nucléaire forte
Force nucléaire faible
Quantification perturbative
Simplification de la quantification (sinon on sait pas faire) considérant que tout phénomène correspond à une petite perturbation
Qu’a-t-on su quantifier (mécanique quantique)
Toutes les forces sauf la gravité, grâce à la quantification perturbative
Que sont les cordes dans la théorie des cordes
Des petits cercles qui représentent les particules, au lieu de points
A-t-on observé la matière noire ?
Non
D’où vient l’idée de matière noire
Dans les galaxies, la vitesse des corps ne diminuent pas parfaitement avec l’éloignement, il y a donc une masse qui modifie ça.
Cette masse n’est pas une étoile car pas de lumière donc «noire», ni une planète, astéroïde, etc. car beaucoup trop gros
Où est la matière noire
Dans un immense halo sphérique autour du disque aplati de chaque galaxie
La relativité générale explique
Comment Newton ne marche pas quand les champs gravitationnels sont très très forts
Preuve du Big Bang
Le rayonnement cosmologique ou fossile
Trous noirs et matière noire
Les trous noirs sont de la matière standard
Explication concurrente à la matière noire
Le problème de vitesse dans les galaxies pourraient être expliqué autrement : les lois de Newton seraient modifiées dans les champs gravitationnels très faibles comme Einstein l’a fait dans les très forts
Trou noir : définition et propriété
Corps dont la vitesse de libération > vitesse de la lumière (car impossible d’aller plus vite)
Vitesse de libération en sqrt(M/r) donc corps très dense
Trou noir stellaire
Étoile en fin de vie qui rapetisse et devient très dense
Ondes P et propriété
- ex
Onde de pression (Pressure) : une compression se propage
Propagation dans les solides, liquides et gaz
Ex : le son
Ondes S
Ondes de cisaillement (Shear) : créées par un déplacement latéral
Se propagent que dans les solides
L’élément de charge positif dans le noyau est … et pas …
Le proton est dans le noyau (étymologie : premier car on croyait être arrivé au constituant primordial des noyaux d’atomes). Plus léger que l’électron
Le positon est un anti-électron. A tout point identique mais positif. C’est de l’antimatière
Positron
Anglais pour positon
Exemple d’application d’E=mc2 dans le proton et les objets classiques
La sommes des masses de ses quarks est toute petite par rapport à la masse du proton, le reste de la masse vient de l’énergie cinétique des quarks et de leurs énergies de liaison. Et cette masse agit comme une «vraie masse»
Vrai aussi pour l’atome mais au niveau des objets classiques, c’est imperceptible
A quoi correspond la diagonale dans l’espace-temps
On prend les unités seconde et seconde-lumière pour que la diagonale corresponde à la lumière
Définition de l’espace à partir de l’espace-temps
Tous les événements qui arrivent en même temps
Citation de Galilée sur le mouvement
«le mouvement est comme rien» = on ne peut pas différencier un mouvement rectiligne uniforme de l’immobilité
Point de l’espace-temps
Un événement = qqc qui se passe à un moment donné à un endroit donné
Transformation de Galilée
x’=x-Ut où U est la vitesse entre 2 référentiels en mouvement rectiligne unforme
t’=t
Origine de la théorie de la relativité restreinte
La lumière a toujours la même vitesse quel que soit le référentiel hors c’est en contradiction avec la transformation de Galilée
Remplaçant de la transformation de Galilée
Transformation de Lorentz
Poincaré et la relativité restreinte
Il a découvert que la transformation de Lorentz marche avec la vitesse de la lumière
Rapport entre transformations de Lorentz et de Galilée
Lorentz revient à Galilée à vitesse basse
Dilatation du temps et contraction des distances : principe
Il n’y a pas de modification physique des distances, c’est que la distance n’est pas absolue, elle dépend de l’observateur, comme la vitesse
Qu’est-ce qui est relatif en relativité restreinte
Vitesse, distance, durée et simultanéité
Paradoxe des jumeaux
Un jumeau qui part dans l’espace à très haute vitesse et qui revient sera plus jeune que son jumeau qui est resté sur Terre
Mais le mouvement n’est pas rectiligne uniforme car changement de direction
Qu’est-ce qui déforme l’espace-temps
La matière
Métrique dans l’espace-temps
Ensemble des coefficients locaux qui permettent de calculer les distances selon un Pythagore généraliser : sqrt(coeff1x2 + coeff2y2)
La métrique dans l’espace-temps dépend de
La masse des objets présents
Expansion de l’univers
Non parce que les objets de déplacent les uns par rapport aux autres mais parce que les distances entre eux augmentent avec le facteur d’échelle
L’univers ne s’étend pas dans qqc
Le facteur d’échelle de l’univers
Si on suppose que l’univers est le même dans toutes les dimensions, on peut écrire Pythagore généralisé en D=alpha.sqrt()
Si on suppose l’univers uniforme, il n’y a qu’un alpha
C’est quoi un nuage
De l’eau qui est redevenue liquide avec la baisse de la température avec l’altitude et qui forme des minuscules gouttelettes qui flottent
Pourquoi on voit les nuages
Les minuscules gouttelettes diffusent la lumière (alors que la vapeur, elle, est transparente)
Pourquoi on voit la vapeur au-dessus de l’eau qui bout
On ne voit pas la vapeur qui est transparente mais l’eau qui refroidit et redevient liquide en minuscules gouttelettes
Représentation des états solide, liquide et gazeux d’un corps en fonction de température et pression
Diagramme de phase
100% d’humidité
C’est quand on est au max de la quantité d’eau que l’air peut absorber à la température donnée : au moment où l’eau est à la frontière gaz-liquide sur le diagramme de phase, au moment où le nombre de molécules qui s’évaporent compense le nombre de celles qui se condensent
Pourquoi l’eau s’évapore sur une soucoupe
Il faut regarder la pression de l’eau seulement et pas de l’air sur l’eau : à la surface, pression = 0 et à cette pression, la température d’ébullition est basse. Au fur et à mesure que l’air se remplit d’eau, la pression due à l’eau augmente jusqu’à l’équilibre
Comment on sait qu’on est à 100% d’humidité
De la condensation se forme sur les surfaces planes
> 100% d’humidité et exemple
Possible : l’air est sur-saturé, il va revenir à l’équilibre.
Par exemple, au-dessus d’une bouilloire où l’air se retrouve tout à coup à température ambiante
Challenge de la condensation en gouttelettes et solution
Plus la courbure est grande, plus il y a de «place» pour les molécules d’eau pour s’évaporer et donc plus la condensation est difficile : le taux d’humidité doit être plus grand (>100%). Et comme les gouttelettes sont très petites au début, courbure immense.
La solution : des particules sur lesquelles l’eau se condense en gouttelettes immédiatement plus grandes qu’elles ne l’auraient été avec le même volume d’eau
Aérosol
Particule dans l’air
La vitesse de la lumière était compatible avec le principe de relativité
Oui dans le sens où toute expérience, même impliquant la lumière, donnera les mêmes résultats dans tous les référentiels
Formule correcte pour interpréter E=mc2
Delta(m) = Delta(E) / c2
Ce qui fait que c’est imperceptible pour nous
Année clé d’Einstein
1905, son annus mirabilis
Employé à l’Office des brevets suisse, il publie 4 articles déterminants dans 4 sujets différents
Application de E=mc2 pour l’atome
La masse de l’atome d’hydrogène est moindre que la somme des masses du proton et de l’électron parce qu’en s’associant ils perdent leur énergie potentielle
Mais c’est imperceptible même à l’échelle de l’atome
Définition de la masse
La quantité d’énergie
Gluon
Particule élémentaire échangée entre les quarks dans l’interaction forte
Composant des protons, etc.
Les quarks
Masse des neutrons et protons
Masses de leurs quarks constituants + énergie cinétique et de liaison qui représente la grande majorité
Comment on déclenche la fission nucléaire
Il faut lancer un neutron sur un atome d’uranium 235
Comme sa fission génère d’autres neutrons, réaction en chaîne
Bombes A vs H
A est par fission et permet d’apporter l’énergie nécessaire à la H par fusion
Mouvement brownien
Modélisation mathématique du mouvement d’une «grosse» particule immergée dans un fluide et qui ne subit que les chocs avec les «petites» molécules du fluide, produisant un mouvement très irrégulier
Description du mouvement brownien
1- entre 2 chocs, mouvement rectiligne uniforme
2- accéléré par un choc
Qu’est-ce qu’Einstein change à Newton
Il remplace une force par la courbure de l’espace-temps : une masse n’est pas attirée par une autre mais se rapproche car l’autre a courbé l’espace-temps
