Leçon de Physique de Musashi

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Champ de force


En physique, un champ de force, ou simplement un champ, est une zone d'influence d'une ou plusieurs particules susceptibles d'exercer une force à distance. La notion de champ est utilisée pour simplifier la description des interactions entre particules : au lieu de considérer que telle particule agit sur telle autre particule, on peut dire qu'elle forme un champ et que toute autre particule se trouvant dans ce champ subira une certaine force.

I A)Interaction Electromagnétique

L'électromagnétisme est une branche de la physique qui fournit un cadre très général d'étude des phénomènes électriques et magnétiques dans leur synthèse du champ électromagnétique, produit par les sources du champ que sont les charges et leurs mouvements. Ce champ produit agit à son tour sur les charges.
Les équations de Maxwell déterminent le champ électromagnétique à partir des sources, des charges et des courants. Le champ exerce quant à lui sur la matière une action mécanique, la force de Lorentz, qui explique l'interaction électromagnétique.
L'interaction électromagnétique est une des quatre interactions fondamentales. Elle explique le comportement des objets de l'échelle atomique (comportement des électrons, des atomes et des molécules).



B)Equations de Maxwell


Les équations de Maxwell, aussi appelées équations de Maxwell-Lorentz, sont des lois fondamentales de la physique. Elles constituent les postulats de base de l'électromagnétisme, avec l'expression de la force électromagnétique de Lorentz.
Ces équations traduisent sous forme locale différents théorèmes (Gauss, Ampère, Faraday) qui régissaient l'électromagnétisme avant que Maxwell ne les réunisse sous forme d'équations intégrales. Elles donnent ainsi un cadre mathématique précis au concept fondamental de champ introduit en physique par Faraday dans les années 1830.
Ces équations montrent notamment qu'en régime stationnaire, les champs électrique et magnétique sont indépendants l'un de l'autre, alors qu'ils ne le sont pas en régime variable. Dans le cas le plus général, il faut donc parler du champ électromagnétique, la dichotomie électrique/magnétique étant une vue de l'esprit. Cet aspect trouve sa formulation définitive dans le formalisme covariant présenté dans la seconde partie de cet article : le champ électromagnétique y est représenté par un être mathématique unique : le tenseur électromagnétique, dont certaines composantes s'identifient à celles du champ électrique et d'autres à celles du champ magnétique.

C)Onde Electromagnétique

L'onde électromagnétique est un modèle utilisé pour représenter les rayonnements électromagnétiques. Elle est associée à la notion de photon.

D)Rayonnement Electromagnétique

Un rayonnement électromagnétique désigne une perturbation des champs électrique et magnétique.
Le rayonnement électromagnétique a comme vecteur le photon, particule dépourvue de masse. Le photon est le boson associé à la force électromagnétique.
En physique classique, il est décrit sous la forme d'une onde électromagnétique correspondant à la propagation d'un champ magnétique et d'un champ électrique (l'un étant perpendiculaire à l'autre) en ligne droite à partir d'une source constituée par un mouvement alternatif de charges électriques.
La lumière visible n'est rien d'autre qu'une petite tranche du large spectre électromagnétique.

E)Le Photon

En physique des particules, le photon (symbolisé par la lettre γ) est la particule élémentaire médiatrice de l’interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se traduit d’un point de vue quantique comme un échange de photons. Dans la conception actuelle de la lumière, les ondes électromagnétiques, des ondes radio aux rayons gamma en passant par la lumière visible, sont toutes constituées de photons.
Le concept de photon a été développé par Albert Einstein entre 1905 et 1917 pour expliquer des observations expérimentales qui ne pouvaient être comprises dans le cadre d’un modèle ondulatoire classique de la lumière1,2,3,4. Il a ainsi montré que parallèlement à ses propriétés ondulatoires – interférences et diffraction –, la propagation du champ électromagnétique présente simultanément des propriétés corpusculaires. Les photons sont des « paquets » d’énergie élémentaires ou quanta de rayonnement électromagnétique qui sont échangés lors de l’absorption ou de l’émission de lumière par la matière. De plus, l’énergie et la quantité de mouvement (pression de radiation) d’une onde électromagnétique monochromatique sont égales à un nombre entier de fois celles d’un photon.
Le concept de photon a donné lieu à des avancées importantes en physique expérimentale et théorique, telles que les lasers, les condensats de Bose-Einstein, l’optique quantique, la théorie quantique des champs et l’interprétation probabiliste de la mécanique quantique. Le photon est une particule de masse nulle et de spin égal à 1, c’est donc un boson5. On utilise généralement le symbole γ (gamma) pour le désigner.
L’énergie d’un photon de lumière visible est de l’ordre de 2 eV, soit ~109 fois moins que l’énergie nécessaire pour créer un atome d’hydrogène. En conséquence, les sources de rayonnement habituelles (antennes, lampes, laser, etc.) produisent de très grandes quantités de photons6, ce qui explique que la nature "granulaire" de l’énergie lumineuse soit négligeable dans de nombreuses situations physiques. Il existe cependant des processus permettant de produire des photons un par un :
transition électronique ;
transition nucléaire ;
annihilation de paires particule-antiparticule.


II) La Relativité

A) Restreinte

La théorie d'Einstein concerne les référentiels inertiels. Rappelons qu'un référentiel est dit inertiel s'il ne subit aucune accélération: une fusée dans l'espace loin de toute masse constitue un repère inertiel si aucun moteur n'est allumé. Les postulats de la relativité restreinte sont les suivants :
Les lois de la physique ont la même forme dans tous les référentiels inertiels
La vitesse de la lumière dans le vide a la même valeur dans tous les référentiels inertiels
Le premier postulat est le principe de relativité proprement dit, dans sa conception restreinte à la classe des référentiels inertiels. Il formalise un constat de Galilée selon lequel le mouvement rectiligne uniforme est « comme rien » pour l'observateur appartenant au référentiel mobile.
Le second postulat permet de synchroniser les horloges d'un référentiel donné par utilisation de signaux lumineux. Pour ce faire il suffit que le « gardien du temps » émette un top horaire, disons à midi. Puis, lorsque l'observateur situé à la distance r recevra le top il tiendra compte du temps r /c que le top aura mis à lui parvenir et mettra son horloge à l'heure « midi+r /c ».
On peut se passer du second postulat pour déterminer les équations des transformations de Lorentz à condition d'introduire une hypothèse supplémentaire au premier postulat : l'espace-temps est homogène et isotrope. Ce fait a été découvert dès 1910 par Kunz8 et indépendamment par Comstock9. L'hypothèse additionnelle conduit à un groupe de transformations à un paramètre c, physiquement homogène à une vitesse. Ces transformations s'identifient aux transformations de Galilée si c2 est infini et aux transformations de Lorentz si c2 est fini positif10. L'identification de c à la vitesse de la lumière, établie comme finie par les observations, se traduit par le second postulat11.

B) Les transformations de Lorentz


Systèmes d'axes parallèles pour faciliter le travail
On considère deux référentiels et , le premier référentiel étant animé de la vitesse par rapport au référentiel . Pour simplifier le calcul on travaille d'abord dans le cadre de transformations dites « spéciales », caractérisées par le fait que les systèmes d'axes x, y, z et x', y', z' sont parallèles et que les axes O ’x ’ et Ox sont communs et parallèles à la vitesse . Cette restriction ne nuit nullement à la généralité des résultats. On écrira ci-dessous les formules relatives à une vitesse pointant dans une direction quelconque.
Les hypothèses d'Einstein conduisent aux transformations dites « de Lorentz ». Les formules de Lorentz permettent d'exprimer les coordonnées (x, y, z, t) d'un événement donné dans le repère « fixe » (disons la Terre) en fonction des coordonnées (x ’, y ’, z ’, t ’ ) du même événement dans le repère « mobile » (disons une fusée). Elles s'écrivent :

où β et γ sont des facteurs sans dimension définis par

Ces expressions se simplifient et prennent la forme d'une rotation si on fait intervenir les fonctions hyperboliques de l'angle θ défini par

Avec ces notations on obtient

et

Pour obtenir les formules correspondant à la transformation inverse il suffit de changer β en -β, et donc θ en -θ, ce qui conduit à :

Une recette utile : pour trouver le signe à mettre devant sinh θ il suffit de considérer un point au repos dans l'un des repères (disons celui de la fusée, avec x ’ = 0 par exemple) et de voir quel doit être le signe de la coordonnée spatiale dans l'autre repère (disons le repère fixe dans lequel x croît si la fusée a une vitesse positive).

C) Espace Temps de Minkowski

Dans un espace de Minkowski, du nom de son inventeur, un point est reperé par quatre coordonnées (ct,x,y,z), les trois coordonnées d'espace et la coordonnée de temps.
Dans cet espace, la dimension relative au temps est imaginaire pure, alors que les trois autres coordonnées (spatiales) sont réelles.
Le tenseur métrique de l'espace de Minkowski est donc (si l'on prend comme convention que le temps est la première coordonnée) :

g=(-1; 0; 0; 0) (0; 1; 0; 0) (0; 0; 1; 0) (0; 0; 0; 1)

La pseudonorme de deux points de cet espace est définie par :
r2 = (x1 − x2)2 + (y1 − y2)2 + (z1 − z2)2 − c2(t1 − t2)2
On constate qu'elle est nulle si un rayon lumineux peut passer par ces deux points. D'un point de vue physique, un observateur ne voit que des objets qui sont à une pseudonorme nulle de lui.

Message de la modératon : Ceci est extrait de wikipédia c'est don une citation qui convient.

Cela vient il de toi ?

wahidao a écrit:

Cela vient il de toi ?

Non je vais sur wikipédia et je rassemble des informations sur l'électromagnétisme la relativité pour après attaquer la physique quantique ^^tout est sur wiki pédia, et jamais je ne serais capable de moi même de dire tout ça

ha bon

^^

méfie-toi de wikipedia

Qui on peut pas se mefier de wikipedia en ce quiconcerne la science

みや& a écrit:

wahidao a écrit:

Cela vient il de toi ?

Non je vais sur wikipédia et je rassemble des informations sur l'électromagnétisme la relativité pour après attaquer la physique quantique ^^tout est sur wiki pédia, et jamais je ne serais capable de moi même de dire tout ça

Oh non, pas wikipedia..

Spinozist à moins que tu aies un professeur ou une personne qui soit capable de m'expliquer l'électromagnétisme et l'électromagnétisme quantique je veux bien me passer de wikipédia.

Mais enfin c'est une blague..? Tu peux très facilement te passer de wikipédia, simplement en achetant ou en empruntant (en lisant) des bouquins qui traitent de ça...Si tu penses que wikipédia est parole d'évangile redescends sur Terre

Ce n'est pas une blague, et j'ai pas de fric pour m'acheter les bouquins, et je sais pas où les emprunter
(déjà il me faudrait des titres)
pour moi wikipédia c'est un substitut rien de plus, je m'en passe tout le temps.

Donner la source au debut c'est parfait