Transcript L`expérience des fentes d`Young commentée

LE SABRE LASER DE STAR WARS
EST-Il POSSIBLE ?
L’échec de la physique classique et la naissance de la théorie des
quanta : Planck, Einstein et de Broglie
En 1905, A. Einstein propose que le rayonnement
électromagnétique de fréquence n est composé de
paquets (quanta) d’énergie hn
(h, constante de Planck : 6,63 . 10-34 J s).
Naissance du concept de Photon!
Le rayonnement électromagnétique, typiquement ondulatoire,
devient aussi corpusculaire.
L’échec de la physique classique et la naissance de la théorie des
quanta : Planck, Einstein et de Broglie
En 1924, L. de Broglie propose que les
particules de matière (électrons par exemple)
ont aussi une nature ondulatoire dont la
fréquence n est donnée par E/h
…Comme pour les photons d’Einstein
La matière, typiquement corpusculaire, devient aussi ondulatoire.
HARRY POTTER TRAVERSE LES MURS,
MAIS PAS MOI. POURQUOI ?
La description moderne de la mécanique quantique
(Heisenberg, Schrödinger et Feynman)
W. Heisenberg :
1925 : le principe
d’incertitude
E. Schrödinger :
1926 : l’équation
d’onde
R. Feynman :
1950 : l’intégrale
de chemin
La description moderne de la mécanique quantique
(Heisenberg, Schrödinger et Feynman)
Des nouveaux concepts à adopter
 Abandonner le concept de position :
on ne peut mesurer la position d’une particule avec une précision
infinie, de même que son impulsion (~ sa vitesse). Plus on
aura de précision sur la position, moins on en aura pour la vitesse
et vice versa (Heisenberg)
 Raisonner en termes de probabilités :
une particule peut se trouver avec une certaine probabilité
ici
ou ici aussi
ou ici
La description moderne de la mécanique quantique
(Heisenberg, Schrödinger et Feynman)
 Ne plus travailler avec la position x, et la vitesse v, mais avec la
fonction d’onde, y(x) qui nous donnera la probabilité de trouver
la particule en tout point de l’espace
 Remplacer les équations de Newton par une équation d’onde
pour y(x), l’équation de Schrödinger!
 La façon de voir de Feynman : toutes les trajectoires sont probables
Trajectoire de la physique classique
L'expérience des fentes d'Young commentée :
comprendre la dualité onde-particule
Des particules (électrons, atomes, photons) devront passer
par l’une
des deux fentes pour atteindre l'écran
L'expérience des fentes d'Young commentée :
comprendre la dualité onde-particule
Ce que l’on observe si la première fente est fermée
L'expérience des fentes d'Young commentée :
comprendre la dualité onde-particule
Ce que l’on observe si la deuxième fente est fermée
L'expérience des fentes d'Young commentée :
comprendre la dualité onde-particule
Quand les deux fentes sont ouvertes, on s'attend à observer
ceci…
L'expérience des fentes d'Young commentée :
comprendre la dualité onde-particule
L'expérience des fentes d'Young commentée :
comprendre la dualité onde-particule
Un comportement
typiquement
ondulatoire
Interférences constructives
Interférences destructives
L'expérience des fentes d'Young commentée :
comprendre la dualité onde-particule
Fentes d'Young
Manuel Joffre 1.1
Effet tunnel, un phénomène impossible en physique classique,
application à la Microscopie
En physique classique :
l’exemple de la
montagne russe
Montagne russe
Chariot
Effet tunnel, un phénomène impossible en physique classique,
application à la Microscopie
Energie
cinétique
Si on fournit une vitesse
initiale trop petite au chariot …
Effet tunnel, un phénomène impossible en physique classique,
application à la Microscopie
Celui-ci fera demi-tour une fois sa
hauteur maximale atteinte et ne passera pas
de l’autre coté de la barrière de potentiel
Effet tunnel, un phénomène impossible en physique classique,
application à la Microscopie
Effet tunnel
Manuel Joffre 1.5
Effet tunnel, un phénomène impossible en physique classique,
application à la Microscopie
En 1981, G. Binnig et H. Rohrer construisent le microscope à effet tunnel
Microscopie
Manuel Joffre 1.6
Effet tunnel, un phénomène impossible en physique classique,
application à la Microscopie
Nickel
Images de la
microscopie tunnel
Platine
LES POUVOIRS
DU
MECHANT MAGNETO…
10 Teslas
Champ terrestre : 47 10-6 Teslas
Ballet d’une grenouille dans un champs magnétique
(prix IgNobel 2000)
Fraise volante
Kissing droplets
SPIDERMAN TIENT AUX MURS,
MAIS EST-CE POSSIBLE
QUAND ON EST UN HOMME ?
GECKO
FORCES DE VAN DER WAALS
+
-
-
-
+
+
+
+
2 µm
100 millions/cm2
LES CHAUSSURES
et
LES GANTS
de
SPIDERMAN ?
EST-CE QUE L’INCROYABLE HULK
POURRAIT VRAIMENT EXISTER ?
v0  2 gh
g=10 m/s2, h=200 m, v0=200km/h
Pour sauter à 200 m de haut : il faut décoller du sol à 200 km/h
Il faut donc accélérer de 0 km/h à 200 km/h=60 m/s en 0.1 s environ
Soit une accélération de plus de 60 g !
(fusée < 10g)
PEUT-ON CONNAÎTRE
LA TEMPERATURE
DE L’ENFER ET CELLE DU PARADIS ?
PARADIS :
« La lumière de la lune sera comme celle du soleil,
et la lumière du soleil sera 7 fois la lumière de 7 jours »
(Isaie,30,26)
Equilibre : Rayonnement reçu = Rayonnement émis
Rayonnement reçu x 49
Rayonnement émis x 49
Loi de Stéfan : Rayonnement émis proportionnel à T4
(Tparadis/Tterre)4=49
Tterre = 293 K donc Tparadis = 798 K=525 C
ENFER :
« Quant aux lâches, aux infidèles, aux dépravés,
aux meurtriers, aux impudiques, aux magiciens, aux
idolâtres, leur place se trouve dans l’étang embrasé
de feu et de soufre… »
(Apocalypse, 21,8)
LE SOUFRE SE LIQUEFIE A 115 C ET SE VAPORISE A 445 C
LA TEMPERATURE DE L’ENFER EST COMPRISE ENTRE 115 C ET 445 C
L’ENFER EST PLUS FROID QUE LE PARADIS !
LES FILS DE SPIDERMAN PEUVENT-ILS EXISTER ?
NANOTUBES
…mais il serait aveugle…
L’HOMME INVISIBLE PEUT-IL EXISTER ?
PEUT-ON ROULER AU PLAFOND COMME
BATMAN ET SA BAT-MOBILE ?
PEUT-ON VOIR A TRAVERS LES MURS COMME SUPERMAN ?
POURQUOI SUPERMAN EST-IL SI FORT ?
QU’EST-CE-QUI SE PASSE
QUAND UN SUPER-HERO RETRECIT ?
LA NOURRITURE QUE VOUS CONSOMMEZ
EST TRANSFORMEE PAR LE SYSTEME DIGESTIF
ET UTILISEE PAR LES CELLULES DANS LE VOLUME DU CORPS
POUR PRODUIRE DE L’ENERGIE
Eproduite=e*(Volume du corps)
A quoi sert cette énergie ?
CETTE ENERGIE SERT A
Faire des exercices physiques
Faire des exercices intellectuels…
Faire battre son cœur, respirer, digérer…
Maintenir son corps a 37 C
Prenons un individu qui ne fait pas grand-chose :
Edissipée=f* (Surface du corps)
Eproduite=e*(Volume du corps) =Edissipée=f* (Surface du corps)
e=f* (Surface du corps)/ (Volume du corps)
Pour un super-héro un peu
« rondouillard » :
e=f* (4 πR2)/ (4/3 πR3 )=3f/R
Si je divise la taille d’un super-héros par 2 :
L’énergie produite par unité de volume
doit être multipliée par 2
→ le super héros va passer plus de temps
à se nourrir
Plus on est gros, plus l’énergie par unité de volume à fournir est petite
Une souris pèse 30g, elle mange à peu près le tiers de son poids par jour.
Recherche et consommation de nourriture
occupent une partie importante de sa journée.
Un éléphant pèse plusieurs tonnes,
il se contente d’une ration journalière de l’ordre de quelques pour cent de son poids.
Il peut disposer de quelques loisirs…