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Quelques Questions Physique (PCSI)
Bonjour,
Je suis en PCSI et j'ai décidé de bien retravailler tout mon cours pendant ces vacances, mais quelques questions ont résisté à mes tentatives d'éclaircissement. (Ce sont des questions que je me pose, pas dans le cadre d'un DM ou autre, donc si elles sont mal exprimées, je peux les reformuler)
Pourriez-vous m'éclairer ?
Ondes :
Tout d'abord, une onde plane est "défini" dans mon cours comme une onde ayant une amplitude maximale constante dans l'espace. Cela implique donc une absence de frottements ? Et une onde stationnaire est donc une onde plane ? Parce que prenons l'onde aux noeuds, l'amplitude est minimale de façon constante ? Ou les ondes planes ne s'appliquent qu'aux ondes mécaniques/progressives ?
En parlant d'ondes progressives, est-ce qu'une onde progressive est forcément liée aux fonctions d'ondes ?
Optique Géométrique :
Dans les exercices supplémentaires que j'ai fait, je trouve systématiquement qu'un grossissement (angle que fait le rayon incident avec l'axe optique sur l'angle que fait le rayon avec l'axe optique en sortie) négatif équivaut à une image droite. C'est étrange ou normal ? (Ce ma parait normal mais contre-intuitif, je voulais juste une confirmation).
Mécanique Quantique :
Je suis complètement perdu sur la définition de la longueur d'onde de Broglie, j'ai beau chercher sur internet, je ne comprends pas. Est-ce que la longueur d'onde de Broglie vérifie aussi les relations classiques des longueurs d'onde (genre lambda=c/f avec c la célérité de l'onde) et quelle est l'application de cette longueur d'onde ? Quand on l'a, je ne sais pas trop quoi en faire ^^ (j'imagine, que comme on a pas fini le chapitre, je n'ai pas vu les applications de cette longueur d'onde mais ça me turlipine tout de même ;p).
Encore sur la mécanique quantique, une fois qu'on a postulé le caractère ondulatoire des particules massiques cela veut dire qu'on pourrait réaliser des expériences typiquement ondulatoires comme la diffraction ou les interférences avec des particules massiques ! On peut se diffracter, nous en tant qu'êtres humains ? 
Et les photons peuvent créer des figures d'interférence, parce qu'ils interfèrent avec eux-mêmes si j'ai bien compris, mais comment ça se fait alors qu'ils n'ont pas de masse ?
Merci d'avance pour les réponses !
Désolé si certaines questions peuvent paraître étranges ou évidentes, mais ça me dérange un peu de ne pas comprendre !
Bonsoir,
intéressantes tes questions ; elles demandent des réponses assez longues... Je me limite pour l'instant aux ondes :
Ondes :
Tout d'abord, une onde plane est "défini" dans mon cours comme une onde ayant une amplitude maximale constante dans l'espace. Cela implique donc une absence de frottements ? Et une onde stationnaire est donc une onde plane ? Parce que prenons l'onde aux nœuds, l'amplitude est minimale de façon constante ? Ou les ondes planes ne s'appliquent qu'aux ondes mécaniques/progressives ?
En parlant d'ondes progressives, est-ce qu'une onde progressive est forcément liée aux fonctions d'ondes ?
Une onde plane, comme un gaz parfait : çà n'existe pas : il s'agit simplement d'un modèle qui fonctionne en bonne approximation pour les ondes émises par une source quasi ponctuelle lorsque ces ondes sont étudiées dans une zone dont les dimensions sont très petites devant la distance à la source. Elle fonctionne aussi en électromagnétisme pour les faisceaux monochromatiques de "lumière parallèle" : faisceau laser, faisceau émis par une source quasi ponctuelle au foyer d'une lentille convergente...
Soit (Oz) l'axe qui matérialise la direction de propagation. Pour moi, une onde est plane si le signal associé (vecteurs champ E et B, pression acoustique, etc) ne dépend que de z et t (le temps) : le signal est indépendant de x et y : les surfaces d'onde sont tous les plan perpendiculaires à l'axe (Oz) ; tout cela bien sûr dans la limite de l'espace autour de l'axe (Oz) affecté par l'onde. Si l'onde ne cède pas d'énergie au milieu de propagation, elle ne s'amortie pas, son amplitude est constante mais cela est un cas particulier.
Schématiquement, on distingue deux sortes d'ondes :
* les ondes progressives : le signal est une fonction de la variable (t - z/V) pour une propagation dans le sens +, de la variable (t+z/V) pour une onde se propageant dans le sens négatif (V : célérité de l'onde).
* les ondes stationnaires : le signal est de la forme f(z).g(t) ou g est une fonction périodique du temps de période T. Pour les ondes stationnaires, l'amplitude ne dépend que de z.
La distinction est un peu formelle : on peut considérer les ondes stationnaires comme une superpositions d'ondes progressives se propageant dans le sens plus et dans le sens moins.
Merci beaucoup pour la réponse !
Pour moi, une onde est plane si le signal associé (vecteurs champ E et B, pression acoustique, etc) ne dépend que de z et t (le temps) : le signal est indépendant de x et y : les surfaces d'onde sont tous les plan perpendiculaires à l'axe (Oz) ; tout cela bien sûr dans la limite de l'espace autour de l'axe (Oz) affecté par l'onde.
Juste une précision ; tu expliques qu'une onde plane est en quelque sorte une onde qui ne se propage que selon un axe, cela veut dire qu'une impulsion sur une corde (comme ça par exemple :
) n'est pas une onde plane ? Ou alors cela signifie que cette onde ne se propage que sur un axe ? (alors la je ne comprends pas pourquoi dans ce cas)L'expression "onde plane" signifie étymologiquement : onde dont les surfaces d'onde sont des plans. Cette expression est à utiliser pour les ondes se propageant dans l'espace à trois dimensions : ondes acoustiques, ondes électromagnétiques. Le signal à chaque instant est le même en tout point d'un plan perpendiculaire à la direction de propagation. Ce n'est pas parce que le signal ne dépend que de z et t que le signal n'existe pas en dehors de l'axe (Oz) !
Il existe des ondes se propageant dans un plan : ondes à la surface libre d'un liquide, par exemple. Ce ne sont pas des ondes planes ! On ne peut pas définir de surfaces d'onde mais seulement des lignes d'ondes : lignes le long desquelles le signal est le même à chaque instant.
Il existent aussi des ondes se propageant le long d'une corde ou d'un ressort. Ce ne sont pas des ondes planes.
Tu étudieras en détail en spé les ondes électromagnétiques planes. Pour l'instant, l'essentiel est de bien comprendre la propagation des ondes dans un milieu unidimensionnel : corde, ressort, colonne d'air... Il te sera plus facile ensuite de comprendre les ondes se propageant dans un milieu bidimensionnel puis dans un milieu tridimensionnel.
L'expression "onde plane" signifie étymologiquement : onde dont les surfaces d'onde sont des plans.
Ah d'accord, merci, je comprends beaucoup mieux !
Je viens juste corriger ma question sur le grossissement en Optique Géométrique. Je viens de comprendre qu'un grossissement négatif correspondait bien à une image renversée, ce n'est donc pas contre-intuitif... sauf si on regarde un schéma ?! Je ne comprends pas pourquoi ici par exemple : 
l'image est "renversée" ? enfin, je sais pas, il faut uniquement se fier aux angles pour dire qu'elle est "renversée" ou on peut le "voir" (comme par exemple pour un objet, on voit bien si AB est droit ou non, et bien pour un système afocal, je ne le visualise que par la formule :/.)
J'espère m'être fait comprendre ^^'
Sur le schéma que tu fournis, l'objet est au-dessus de l'axe optique. Pour le voir à travers l'oculaire, l'œil doit regarder vers le bas...
je vois pas du tout pourquoi j'ai autant buggé sur ça ?!
La question des objets ou des images à l'infini n'est évidente pour personne au début !
Bonjour
Si quelqu'un aurait une réponse pour la mécanique quantique, cela m'aiderait beaucoup ! :')
Le sujet est trop vaste pour être traité en quelques lignes ! Juste quelques indications ou pistes de réflexion.
Tout en fait est une question d'ordres de grandeurs : je m'explique ...
Tu étudieras dans les deux ans qui viennent quelques phénomènes de diffraction sur le plan théorique. Tu verras que, pour que le phénomène ait des conséquences pratiques observables, le rapport
/a ne doit pas être négligeable devant 1 ; est la longueur d'onde, a est une distance caractéristique de l'objet diffractant : a peut être la largeur d'une fente, le diamètre d'un trou circulaire, la hauteur d'un obstacle... Imagine par exemple un émetteur d'onde radio, un récepteur avec entre les deux une colline d'altitude a
500m. Les émission émises en "grandes ondes" (1,5km) seront reçues derrière la colline, pas les émission émises sur la bande FM (3m).
Revenons aux ondes de de Brioglie. Imagine un homme de 80kg courant à la vitesse de 10m/s (le 100m en 10s : ce n'est déjà pas mal...) la longueur d'onde associée est
=h/(mv)4.10-37m ;valeur très inférieure à toute longueur mesurable ! La mécanique quantique ne s'applique pas non plus aux particules élémentaires de façon systématique. Imagine un électron accéléré dans un tube cathodique (vieux poste de TV, oscilloscope analogique...) sous une tension de 10kV, Il acquiert une vitesse d'environ 6.107m/s ; sa longueur d'onde de de Broglie est d'environ 1,2.10-11m : valeur très inférieure à la plus petite des dimensions du tube cathodique... En revanche, imagine un électron d'un atome ; son énergie cinétique est d'environ 10eV, ce qui correspond à une vitesse d'environ 2.106m/s et une longueur d'onde de de Broglie d'environ 3,6.10-10m soit l'ordre de grandeur des rayons atomiques : la mécanique quantique est donc indispensable à l'étude des structures atomiques !
Et les photons peuvent créer des figures d'interférence, parce qu'ils interfèrent avec eux-mêmes si j'ai bien compris,
Je ne crois pas. Des expériences d'interférence et de diffraction ont été réalisées avec des sources lumineuses monochromatiques tellement peu intenses que l'espace entre la source lumineuse et la pellicule photo remplaçant l'écran d'observation ne pouvait contenir qu'un seul photon à la fois. Au bout d'un temps très long, on obtenait exactement la même figure d'interférence ou de diffraction que si on avait utilisé une source lumineuse intense et un temps d'exposition court. Il faut raisonner en terme de probabilité : la probabilité qu'un photon soit reçue par une surface élémentaire d'aire dS entourant un point M de la pellicule est proportionnelle à
2dS, désignant l'amplitude de l'onde associée au photon.Juste un point qui me paraît encore ombragé :
Est-ce que la longueur d'onde de de Broglie suit les relations classiques sur les longueurs d'onde ? (du genre lambda = c / f)
La théorie de de Broglie est surtout utilisée pour déterminer les probabilités de présence des particules. Effectivement, on peut dire que la vitesse de la particule est égale à la vitesse de l'onde mais là les choses se compliquent car pour ces ondes, on distingue la vitesse de phase et la vitesse de groupe ; la vitesse de la particule est la vitesse de groupe.... Cela se complique ... Patiente jusqu'à la fin de ton année bac+2 : tu auras un cours sur le sujet.
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