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RELATIVITÉ – Spécial novices Un sujet bien difficile à appréhender. Pourtant vers 1600, Galilée
parlait déjà de relativité. Si je saute
sur un bateau. En l'air, je "conserve" la vitesse du bateau. En
effet, je retombe au même endroit sur le pont que si le bateau avait été
immobile. Essayons de comprendre les bases de cette théorie moderne (en fait
d'une centaine d'années). Deux principes importants:
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Voir Brève
n° 191
Galilée
(1564-1642) et Einstein
(1879-1955)
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Dans un train au repos, le train
voisin démarre: vous avez l'impression que vous démarrez! Qui bouge? moi ou lui?
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Que se passerait-t-il si je voyageais à
cheval sur un rayon de lumière, et si je tenais un miroir devant moi. MOI et le MIROIR à la
VITESSE de la LUMIÈRE La lumière de mon visage se propage vers le
miroir. Mais, le miroir se déplace à la vitesse de la lumière. Conséquence: la lumière ne rattrapera
jamais le miroir. Je ne verrai jamais mon visage dans le
miroir! ET la LOGIQUE avec
TOUT ÇA! Pourtant! Quelle que soit la façon dont la lumière se
déplace, mon image ne devrait pas disparaître du miroir. D'autant que pour une personne immobile, la
lumière devrait quitter son visage à la vitesse de la lumière. QUE DIT la SCIENCE ? En ajoutant ma vitesse propre (c) à cette
vitesse de la lumière (c), la vitesse de la lumière par rapport au sol
devrait être 2c. Il y a quelque chose qui cloche !?. Que
quelqu'un nous fasse la lumière sur ce sujet … IDÉE Et si la vitesse de la lumière pouvait être
la MÊME pour l'observateur
mobile et pour l'observateur au sol ? Le pot aux roses: en fait, on ne pourrait pas se voir dans le miroir. Et
pourquoi? Parce que, à la vitesse de la lumière, la montre
s'avancerait plus (le temps serait arrêté). Votre cœur serait arrêté! La
vitesse de la lumière est impossible à atteindre sauf à ne pas posséder de
masse comme les photons
de la lumière. |
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Expérience
de pensée d'Einstein
sur laquelle
il travailla durant 10 ans (1895-1905)
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LA RELATIVITÉ
APPLIQUÉE Si mon image disparaissait quand je me
déplace à la vitesse de la lumière; À ce moment là, rien qu'en regardant dans
le miroir, je saurais que je voyage à la vitesse de la lumière. Or, ce serait contraire au principe de la
relativité: Tout mouvement
uniforme est RELATIF Je dois donc voir mon image normalement,
même à la vitesse de la lumière. |
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Pour moi La lumière quitte mon visage à la vitesse
de la lumière par rapport à moi. |
Pour lui au sol La lumière quitte mon visage à la vitesse
de la lumière par rapport à lui. |
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Comment
est-ce possible? POSTULATS D'EINSTEIN 1.
Le principe de la relativité de Galilée est
valable pour la lumière comme pour le mouvement ordinaire. 2.
Chacun, quel que soit son mouvement,
observe la MÊME vitesse de la lumière. La lumière se propage dans le vide
à une vitesse constante c Vitesse limite Dans la nature, il n'existe pas
d'interaction instantanée. Toute interaction met du temps pour se
rendre d'un point à un autre. Conséquence: Il doit y avoir une vitesse maximale
d'interaction: c'est la vitesse de la lumière. Rien ne
peut aller plus vite que la lumière. |
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Einstein - Annalen derPhysik (1905)
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Qu'est-ce qu'une
VITESSE Vitesse = Distance / Temps Si les vitesses sont égales selon
qui parle (qui est immobile ou en mouvement), alors les distances et les temps doivent
être différents. Il faut repenser les notions d'espace et de
temps. Observation de la
LUMIÈRE |
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Observateur
en mouvement |
Observateur
immobile |
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Il observe
la lumière parcourant
une distance d dans un
certain temps t |
Il observe
la lumière parcourant
une distance d' dans un
certain temps t' |
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c
= d / t |
c
= d' / t' |
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Des événements simultanés dans un certain cadre
de référence ne sont pas nécessairement simultanés dans un autre cadre. Relativité
de la simultanéité, selon Einstein. Expérience classique
du train Un wagon en mouvement avec une porte à
l'avant et une à l'arrière. Une lampe au milieu L'ouverture de chacune des portes est
déclenchée par l'arrivée de la lumière.
Dans le wagon Un observateur au centre du wagon, constate
l'ouverture de chacune des portes au même moment. À l'extérieur Pour un observateur au sol, la porte
arrière s'ouvre avant la porte avant comme si la porte arrière allait à la
rencontre de la lumière, tandis que la porte avant s'en éloigne. Distance Si la personne au centre du wagon va vers
la porte avant: pour lui, il parcourt 1/2 L (Longueur du wagon); pour le gars dehors, il parcourt 1/2 L +
une certaine distance parcourue par le wagon pendant ce temps. Logique
non! La distance parcourue est une notion
relative. |
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OK! C'est bien
compris: La vitesse de la lumière est constante. La distance et le temps sont relatifs.
Comment relier ces grandeurs ? Quelles sont les formules ? |
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