Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

INTRODUCTION A LA RELATIVITE Niveau 2 Docteur Robert MBIAKE En application de l

INTRODUCTION A LA RELATIVITE Niveau 2 Docteur Robert MBIAKE En application de la loi N°2000/011 du 19 Décembre 2000, il est interdit de reproduire intégralement ou partiellement le présent ouvrage, sur quelques supports que ce soit sans l’autorisation de l’auteur. ISBN : 978-9956-509-09-6 PHY 234 : INTRODUCTION A LA RELATIVITE DUREE : 60 heures OBJECTIFS GENERAUX • Comprendre la nécessité de l’unification des 04 forces de la physique ; • Comprendre pourquoi la vitesse de la lumière est invariable ; • Comprendre le passage de l’espace à 3 dimensions à l’espace à 4 dimensions ; OBJECTIFS SPECIFIQUES • Etablir la démarche mathématique devant aboutir à l’unification des 04 forces ; • Réaliser les expériences de Fizeau et de Michelson-Morley qui établissent l’inexistence du gaz d’éther et l’invariance de lavitesse de la lumière ; • Utiliser la transformation de Lorentz-Poincaré établir le lien mathématique entre la physique classique et la physique moderne. FICHE DE PROGRESSION I- Processus général du déroulement de chaque cours • Présentation de l’objet du cours • Rappels du cours précédent •Question sur la qualité du cours • Le rythme du Cours Magistral est-il convenable ? • Les explications sont-elles assez, ou insuffisantes ? • Libellé du nouveau cours • Proposer : • D’exercices à faire à la maison ; • Un exercice durant le CM pour mieux illustrer le cours ? SOURCES DOCUMENTAIRES 1- Relativité : Fondements et applications. Premier cycle. José Philippe PEREZ. Collection DUNOD Ed. Masson Sciences. 1999 2- Introduction à la relativité. J. –L. Bobin. Didérot éditeur. 1997 ; 3- Introduction à la relativité. J. H. Smith. Masson, 1998 4- Relativité Restreinte Y. Simon. Armand Colin. 1971 5- Relativité Restreinte. M. Hulin, N. Hulin et L. Mousselin. Dunod, 1998 ; 6- La théorie de la Relativité Restreinte et Générale. A. Einstein. Gauthier- Villars. 1969 ; Y-a-t-il un grand architecte dans l’Univers. Maison d’édition Odile et Jacob. SOMMAIRE COUVERTURE INTRODUCTION GENERALE CHAPITRE I : PRINCIPES FONDATEURS DE LA RELATIVITE I. ORIGINE DE LA RELATIVITE II. RAPPELS SUR LA MECANIQUE III- RELATIVITE DE NEWTION - GALILEE IV- ETUDE DE LA PROPAGATION DE LA LUMIERE CHAPITRE II : EXPERIENCES DE MISE EN EVIDENCE DE L’INVARIANCE DES LOIS PHYSIQUES I. HISTOIRE DU CHAMP ELECTOMAGNETIQUE ET DE LA VITESSE DE LA LUMIERE II- EXPERIENCE DE FIZEAU III- EXPRIENCE DE MICHELSON - MORLEY CHAPITRE III : RELATIVITE RESTREINTE I- FORMULATION DE LA RELATIVITE RESTREINTE II. TRANSFORMATION DE LORENTZ-POINCARE III- OBJECTIVITE DE LA RELATIVITE RESTREINTE IV- COMPLEMENT : PARADOXE DES JUMEAUX DE LANGEVIN CHAPITRE IV : VITESSE EN RELATIVITE I. TRANSFORMATION DE LORENTZ ET VITESSES II- ABERRATION DE LA LUMIERE DES ETOILES CHAPITRE V : RELATIVITE GENERALE ET ACCELERATION I. ORIGINE DE LA RELATIVITE GENERALE II. ACCELERATION EINSTEINIENNE III. TRANSFORMATION DE LORENTZ ET ACCELERATIONS IV. QUADRIVECTEUR ACCELERATION V. CONCLUSION EXERCICES INTRODUCTION GENERALE Dans l’histoire des sciences physiques, la description de l’Univers a connu une extraordinaire évolution, partant de l’approche philosophique d’Aristote, à la théorie moderne (physique quantique et relativiste) de Planck et Einstein en passant par la théorie classique de Newton. Einstein a admis que l’Univers était compréhensible parce qu’il est gouverné par des lois scientifiques, autrement dit son comportement peut être modélisé. Pour que cette modélisation soit possible, s’est posée la question de l’unification de toutes les forces qui permettent de la décrire aussi bien dans le domaine micro classique qu’astral. La perception naïve de la réalité qui se fonde sur la théorie classique repose sur l’idée qu’une fois que notre cerveau a reçu les signaux captés par nos organes sensoriels, il construit un modèle du monde qui nous entoure. Lorsque ce modèle explique avec une bonne précision les évènements, on a alors tendance à lui attribuer et aux concepts qui le composent, le statut de réalité ou de vérité absolue. Dans cette perception classique de l’Univers, le modèle ainsi conçu laissait croire que les objets se déplaçaient selon une évolution et des trajectoires bien définies dont on peut à chaque instant déterminer la position avec une excellente précision. Ce modèle permettait ainsi d’accéder à la connaissance intégrale du monde et que les choses étaient telles qu’on les voyait, telles que nos sens les montraient. Malheureusement cette approche classique n’a pas permis de rendre compte des comportements en apparence étranges, des phénomènes qui se produisent à l’échelle atomique ou subatomique. Il se trouve que dans l’évolution des sciences physiques, les prédictions basées la théorie quantique et la relativité se sont révélées extraordinairement justes aux échelles microscopique (atomique et subatomique) et macroscopique (astrophysique) tout en permettant de retrouver l’approche classique lorsque l’échelle se ramenait à l’échelle usuelle du monde. Dans ces conditions, si deux théories (classique – moderne) ou modèles physiques permettent de décrire avec une précision les mêmes évènements, il est impossible de déterminer laquelle des deux est plus réels que l’autre ; on est alors libre d’utiliser celui qui nous convient. Pour concilier ces paradoxes, Einstein a pensé à une théorie ultime qui unifierait les quatre forces que développent toutes les théories précédentes. Cette prétendue théorie baptisée la « M-théorie » posséderait toutes les propriétés requises et serait une famille entière de théories différentes permettant chacune de rendre compte d’observations relevées dans une gamme de situations physiques particulières. CHAPITRE I : PRINCIPES FONDATEURS DE LA RELATIVITE I. ORIGINE DE LA RELATIVITE La relativité est à la base de toute la physique moderne actuelle. Bien avant elle, les théories de la gravité et de la mécanique quantique avaient été élaborées à partir des principes formulés dès 1632 par Galilée. Actuellement pour décrire le monde on utilise, soit le système classique mis en forme par Galilée-Newton, soit le système relativiste élaboré par Einstein. Il se trouve curieusement que ces deux systèmes ont essentiellement un caractère relativiste. Dans la description d’un phénomène physique, il est indispensable de définir clairement le référentiel à partir duquel vous faites cette description. En réalité un phénomène physique ne dépend : Ni de sa position (qu’il se produise sur terre, sur Jupiter ou n’importe où dans l’univers les lois physiques qui vont le décrire seront les mêmes) ; Ni de l’instant où se il produit (hier, aujourd’hui ou demain, le phénomène sera le même) ; Ni de sa direction (qu’il soit orienté vers le Nord, le Sud Est ou Ouest, ce sera le même phénomène). Mais de votre position. Par conséquent : Tout mouvement dépend, tout mouvement est relatif. La chute d’un objet ci-dessous décrite illustre très bien l’aspect relatif d’un phénomène physique. C’est ainsi que pour un observateur dans un train qui se déplace en ligne droite à vitesse constante, la chute d’un objet dans ce train est parfaitement identique à celui du même objet chutant sur la terre ferme. Pour ressortir le principe de l’uniformité des lois physiques qui sont indépendantes du système, Galilée a pris l’exemple suivant : « Enfermez-vous avec quelques amis au fond d’un grand navire, dans une vaste salle bien couverte, munissez-vous de mouches, de papillons et bien d’autres petits objets volants. Prenez un grand vase et mettez-y des poissons, suspendez au plafond un petit sceau contenant de l’eau qui tombe goutte à goutte dans un autre vase à col étroit posé au sol. Le navire restant immobile, observez soigneusement comment les petits animaux voltigent avec des vitesses égales dans toutes les directions de la salle. Les poissons nagent indifféremment dans tous les sens, les gouttelettes tombent toutes dans le vase posé au sol. Si vous-même vous lancez un objet à l’un de vos amis, vous n’aurez pas besoin pour des distances égales, de le lancer avec plus de force dans une direction plutôt que dans une autre. Si vous sautez à pieds joints, vous retomberez verticalement devant vous. Mettez maintenant le navire en marche, Vous ne discernerez pas le moindre changement dans les divers effets décrits ci-dessus. Aucun d’entre eux ne pourra vous indiquer si le navire est en mouvement ou non. La cause de la permanence de tous ces effets est que le mouvement est commun au navire et à tous ceux qui y sont et même ce qu’il contient y compris l’air ». De cette description Galilée avait conclu que dans sa chute, l’objet chutant est en mouvement par rapport au bateau, lequel est en mouvement par rapport à la terre, laquelle est en mouvement à son tour par rapport au soleil. L’on peut donc affirmer que les notions de mouvement, de direction, de l’instant et de position sont des notions relatives. II. RAPPELS SUR LA MECANIQUE II.1- Mécanique Classique – Mécanique Quantique En complément à la théorie proposée par Isaac Newton en 1669 ( Fg = my→) laquelle décrit la force comme un phénomène qui se déploie à travers l’espace et le temps et se manifeste sous forme d’attraction, Einstein apporta en 1913 une précision en considérant la force non plus seulement comme une force qu’exercent les corps les uns sur les autres (Fg=G.(mM/R2), mais plutôt comme un phénomène issu de la structure même de l’espace-temps. Pour Einstein, la gravitation décrit une perturbation qu’engendre la présence d’un corps massif sur le mouvement des masses aux alentours. Ces uploads/Sante/ introduction-a-la-relativite.pdf