Gravité et température

[schoupy]

Bonjour à tous,

Je suis nouveau sur ce site. Même si je suis ingénieur chimiste, je reste pour le moins un pationné de la physique et de toutes ces possibilités. Malheureusement mes connaissances en physique ne se limite que à mon bagage scolaire, elles sont donc soit rudimentaires et aussi assez anciennes.... (j ai 33 ans). En lisant récemment quelques articles sur 2 sujets qui m'ont toujours passionnés, je me pose 2 question récurentes sans pouvoir trouver la réponse

a) Concernant la gravité : Si je me rappelle de mes cours, la force de gravité est toujours dirrigée entre deux corps, de manière attractive avec un vecteur de force enrionté sur une droite qui relie les 2 corps par la plus courte distance entre ceux ci. Dès lors, bien conscient que la gravité de la terre est prépondérante sur l'attraction de tous corps entre eux, de plus faible masse, à sa surface de notre planète, je ne comprends pas pourquoi 2 corps, même de très faible masse ne s'attirent pas entre eux (par exemple 2 petits corps en chute libre vers la terre) sachant que la force de gravité entre ces 2 corps devraient être perpendiculaires à la force de gravité qu'exerce la terre sur ceux ci ??? Vu que c'est des forces perpendiculaires, elles ne devraient pas interférer et la force de gravité de la terre ne devrait pas rendre négligeable la petite force de gravité entre les 2 corps ??? Donc ils devraint se rejoindre pendant la chute ???? Je suis conscient qu'il y a une erreur dans mon raisonement vu que cela n'est pas le cas, mais je ne la trouve pas ????

b) Juste une question théorique sur la température : Si je me rappelle toujours bien de mes cours, la température d'un corps traduit l'agitation moléculaire et atomique de ce corps en son sein. Au zéro absolu, il n'y a plus d'agitation. Toutefois sait on si au zéro absolu, est ce que tout est figé (je pense avoir compris que c'est le cas pour les atomes et les molécules du coprs). Est ce au si le cas à l'intérieur de l'atome (les électrons sont ils immobiles ????)

Je m'excuse si mais questions sont basiques et je vous remercie d'avance pour les réponses et les remarques que vous m'apporterez.

Bien cordialement

Fabrice Farina
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[Tiluc40]

a) Concernant la gravité : Si je me rappelle de mes cours, la force de gravité est toujours dirrigée entre deux corps, de manière attractive avec un vecteur de force enrionté sur une droite qui relie les 2 corps par la plus courte distance entre ceux ci. Dès lors, bien conscient que la gravité de la terre est prépondérante sur l'attraction de tous corps entre eux, de plus faible masse, à sa surface de notre planète, je ne comprends pas pourquoi 2 corps, même de très faible masse ne s'attirent pas entre eux (par exemple 2 petits corps en chute libre vers la terre) sachant que la force de gravité entre ces 2 corps devraient être perpendiculaires à la force de gravité qu'exerce la terre sur ceux ci ??? Vu que c'est des forces perpendiculaires, elles ne devraient pas interférer et la force de gravité de la terre ne devrait pas rendre négligeable la petite force de gravité entre les 2 corps ??? Donc ils devraint se rejoindre pendant la chute ???? Je suis conscient qu'il y a une erreur dans mon raisonement vu que cela n'est pas le cas, mais je ne la trouve pas ????

Bonjour

L'erreur est de rester dans le qualitatif et de ne pas calculer la force en question. Comme les masses sont plutôt faibles (quand on compare à la masse de la terre qui intervient dans la chute libre), tu te rendrais compte que la force entre ces 2 corps est ridicule. Conclusion : les masses s'écraseront sur le sol avant que tu ne puisses détecter leur rapprochement.

Edit : Pour mettre en évidence tout de même cette force, regarde l'expérience de Cavendish.

[Rhodes77]

Bonsoir,

Et concernant la température du zéro absolu, non tout n'est pas figé en théorie. Cela est interdit par les principes de la mécanique quantique (si vous avez du courage, renseignez-vous sur les relations d'incertitude de Heisenberg et sur l'oscillateur harmonique quantique).
En GROS, Heisenberg dit que si on est sûr et certains de la position d'une particule, alors on ne sait rien du tout sur sa vitesse. Or si une particule est immobile, on est sur de la position qu'elle occupe, et qu'elle y reste, donc on connait sa vitesse - càd 0-, c'est donc incompatible.
L'approche d'agitation thermique n'est donc plus vraie dans le domaine quantique.

Bon courage !

[AlbertoJ]

Bonjour à tous,

a) Concernant la gravité : Si je me rappelle de mes cours, la force de gravité est toujours dirrigée entre deux corps, de manière attractive avec un vecteur de force enrionté sur une droite qui relie les 2 corps par la plus courte distance entre ceux ci. Dès lors, bien conscient que la gravité de la terre est prépondérante sur l'attraction de tous corps entre eux, de plus faible masse, à sa surface de notre planète, je ne comprends pas pourquoi 2 corps, même de très faible masse ne s'attirent pas entre eux (par exemple 2 petits corps en chute libre vers la terre) sachant que la force de gravité entre ces 2 corps devraient être perpendiculaires à la force de gravité qu'exerce la terre sur ceux ci ??? Vu que c'est des forces perpendiculaires, elles ne devraient pas interférer et la force de gravité de la terre ne devrait pas rendre négligeable la petite force de gravité entre les 2 corps ??? Donc ils devraint se rejoindre pendant la chute ???? Je suis conscient qu'il y a une erreur dans mon raisonement vu que cela n'est pas le cas, mais je ne la trouve pas ????

Bonsoir,
Ce qu'il y a d'étonnant en revanche avec une expérience similaire (le pendule de Foucault : c'est à dire une boule de quelques kg suspendue par un fil d'une trentaine de mètres) c'est que celui-ci, à long terme, fait abstraction de la masse de la Terre et a tendance à se caler sur des masses encore plus grosses et plus lointaines : le Soleil, le centre de la Voie Lactée, ... jusqu'aux confins de l'Univers.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Sexygillou]

Bonsoir,
Ce qu'il y a d'étonnant en revanche avec une expérience similaire (le pendule de Foucault : c'est à dire une boule de quelques kg suspendue par un fil d'une trentaine de mètres) c'est que celui-ci, à long terme, fait abstraction de la masse de la Terre et a tendance à se caler sur des masses encore plus grosses et plus lointaines : le Soleil, le centre de la Voie Lactée, ... jusqu'aux confins de l'Univers.

Hein ? C'est joli, mais physiquement j'ai comme un doute...

[obi76]

Oui effectivement... S'il fait abstraction de la masse de la Terre, pourquoi oscille-t-il ?

[AlbertoJ]

Oui effectivement... S'il fait abstraction de la masse de la Terre, pourquoi oscille-t-il ?

En fait il continue à osciller, mais se cale sur des objets plus lointains.
Wiki donne l'explication suivante :
"
Le pendule de Foucault pose la question de la nature du repère qui sert de référence. En effet, tout mouvement est relatif. Si la Terre est en rotation, elle l'est par rapport à quelque chose. On ne peut pas parler d'un mouvement sans définir un cadre de référence. Ce cadre est un référentiel galiléen, mais comment ce référentiel est-il défini ? Plaçons le pendule de Foucault au pôle. La Terre tourne par rapport à un repère galiléen selon l'axe terrestre avec la pulsation Ω. Le pendule tourne par rapport à la Terre avec une pulsation qui vaut au pôle − Ω, selon la verticale du lieu qui est également l'axe terrestre. Le pendule oscille donc dans un plan fixe par rapport à un repère galiléen.

Dans une première approximation, le plan du pendule est fixe par rapport au Soleil. Mais, si Foucault avait réussi à construire un pendule capable d'osciller suffisamment longtemps, disons pendant un mois, il se serait aperçu que le plan d'oscillation dérivait également par rapport à la position du Soleil. Notre étoile ne fait donc pas partie du système de référence en question.

Peut-être faut-il alors considérer les étoiles proches du Soleil ? Mais là aussi, si l'expérience pouvait durer suffisamment longtemps, elle montrerait que le plan des oscillations se déplace nettement par rapport aux étoiles après quelques années. Quel objet choisir dans ce cas ? Le centre galactique, la galaxie d'Andromède, le Groupe local, le superamas local ? Chacun de ces objets donnerait l'illusion d'être fixe par rapport au plan des oscillations, mais finirait, après un temps de plus en plus long, par révéler une dérive.

Si l'expérience pouvait être menée suffisamment longtemps en considérant comme référence les objets les plus lointains de l'univers, les galaxies ou quasars situés à des milliards d'années-lumière, on pourrait constater encore une infime dérive du plan d'oscillation[réf. souhaitée].

Finalement, l'ultime recours serait de considérer comme référence le rayonnement de fond de l'univers[réf. souhaitée] . Avec ce système de référence, et si l'expérience de Foucault était réalisable, le plan des oscillations serait enfin fixe et il n'y aurait plus de dérive[réf. nécessaire]. Ce n'est donc qu'en fonction de l'Univers dans son ensemble, que nous pouvons définir un référentiel galiléen par rapport auquel le plan des oscillations est fixe.

Le pendule de Foucault est insensible à la présence du Soleil ou de la Galaxie. Son mouvement lui est directement dicté par l'Univers entier
"
Je reste toujours bluffé par de tels phénomènes...

[schoupy]

je vous remercie pour vos réponses. Toutefois, intellectuelement, je persiste à ne pas comprendre pourquoi si 2 corps de masse non négligeable (quelques kg)tombent en chute libre sur la terre (disons à une distance de quelque km dans l'atmosphère), ils ne finissent pas par se rapprocher avant d'arriver au sol mais je vais calculer leur force d'attraction via la formule de Newton.... Mais bon même si la force est faible, qu'est ce qui les empêche de se rapprocher ????
Concernant les températures, ici aussi je dois encore avoir un raisonnement inexact mais si on admet que l'électron à une masse et une vitesse, (donc au moins parfois le comportement d'un corps et non d'une onde....), il doit y avoir moyen (même si j'ai aucune idée comment...) de le ralentir. Donc, dans mon esprit, il doit exister des températures plus basse que le zéro absolu ????

[AlbertoJ]

je vous remercie pour vos réponses. Toutefois, intellectuelement, je persiste à ne pas comprendre pourquoi si 2 corps de masse non négligeable (quelques kg)tombent en chute libre sur la terre (disons à une distance de quelque km dans l'atmosphère), ils ne finissent pas par se rapprocher avant d'arriver au sol mais je vais calculer leur force d'attraction via la formule de Newton.... Mais bon même si la force est faible, qu'est ce qui les empêche de se rapprocher ????

Ils se rapprochent effectivement. Mais leur force d'attaction est telle qu'on ne peut la mesurer. La masse de la Terre étant d'environ 6.10^24 kg, le rapport des forces devient infinitésimal.

[AlbertoJ]

Concernant les températures, ici aussi je dois encore avoir un raisonnement inexact mais si on admet que l'électron à une masse et une vitesse, (donc au moins parfois le comportement d'un corps et non d'une onde....), il doit y avoir moyen (même si j'ai aucune idée comment...) de le ralentir. Donc, dans mon esprit, il doit exister des températures plus basse que le zéro absolu ????

Comme indiqué par Rhodes77, le principe d'incertitude d'Heisenberg indique que tu ne peux pas mettre ton électron dans un volume infiniment petit si tu connais précisément sa vitesse. C'est un des fondements de la Mécanique Quantique. Ton électron doit alors être considéré comme une onde (d'après la théorie). Tu ne peux dong jamais atteindre le zéro absolu.

[Castitatis]

2 corps de masse non négligeable (quelques kg)

non négligeable par rapport à quoi? c'est ça le truc, avec la gravité il en faut beaucoup pour être non négligeable. Par exemple la force exercée sur une masse de 1kg par une masse de 1kg située à 1m vaut 6.67.10^-11 N.

[schoupy]

concernant la gravité, je ne comprends pas le rapport avec la masse de la terre. Même si celle ci à une masse énorme en relation avec la masse des 2 corps en chute libre, je ne vois pas son impact vu que les 2 forces sont perpendiculaires et n'ont donc pas d'effet l'une sur l'autre ? Imaginé autrement, le fait que les coprs tombent n'est pas trivial : on peut soustraire l'impact de l'attraction de la terre en prenant un repère galiléen mobile qui suit les corps en chute libre vers le bas, donc l'attraction terrestre ne joue plus sur l'attraction des 2 corps, donc même si la force d'attraction entre ces 2 corps est assez faible, ils doivent se rapprocher et accélerer l'un vers l'autre ?

[Tiluc40]

Bonsoir,

L'impact, c'est que dans ton expérience, tu laches tes objets d'une certaine altitude, et qu'ils ne vont pas tomber infiniment. Ils seront arrétés par la surface de la terre à un moment donné. Or ils se rapprochent à une vitesse relative l'un par rapport à l'autre plusieurs ordres de grandeur en dessous de celle qui les rapproche de la surface de la terre. J'ai la flemme de faire le calcul, mais je dirais que sur une chute d'un kilomètre dans le vide, qui est déjà une altitude conséquente, tes 2 objets se seront rapprochés d'une distance négligeable devant un micromètre. Difficile de mettre en évidence un si faible rapprochement.

Pour être rigoureux, il me semble qu'il est faux de dire que la gravité terrestre n'a aucun impact. S'ils sont suffisamment éloignés, je me demande même s'ils ne se rapprocheraient pas davantage à cause de la gravité terrestre qu'à cause de la force qu'ils exercent l'un sur l'autre : Du fait qu'ils plongent vers le centre de gravité de la terre, leurs trajectoires "isolées", uniquement dues à la gravité terrestre, ne sont pas rigoureusement parallèles. En d'autres termes, c'est la gravité terrestre qui serait leur principale cause de rapprochement.

Si quelqu'un veut se taper le calcul à la louche pour déterminer dans quelles conditions cette hypothèse deviendrait vraie, il est le bienvenu

[vaincent]

concernant la gravité, je ne comprends pas le rapport avec la masse de la terre. Même si celle ci à une masse énorme en relation avec la masse des 2 corps en chute libre, je ne vois pas son impact vu que les 2 forces sont perpendiculaires et n'ont donc pas d'effet l'une sur l'autre ?

Bonsoir,

le fait que les vecteurs d'attractions soient perpendiculaires n'a pas d'importance car il n'y a pas de produit scalaire(qui est nul pour 2 vecteurs perpendiculaires) ici qui ferait que l'on ai une totale séparation des 2 forces subient par chacun des objets en chute libre. Ce qui importe ici c'est la résultante(la somme) des 2 vecteurs forces que subit chaque objet. Or le vecteur associé à la force d'attraction de l'autre objet est tellement ridicule(en norme) par rapport à celui de la Terre, que tout se passe comme si il n'y avait que la Terre qui ait une influence.

[Deedee81]

Salut,

Comme indiqué par Rhodes77, le principe d'incertitude d'Heisenberg indique que tu ne peux pas mettre ton électron dans un volume infiniment petit si tu connais précisément sa vitesse. C'est un des fondements de la Mécanique Quantique. Ton électron doit alors être considéré comme une onde (d'après la théorie). Tu ne peux dong jamais atteindre le zéro absolu.

Ce que tu dis est exact, sauf la dernière phrase. Ce n'est pas pour cette raison que le zéro absolu ne peut être atteint.

Le zéro absolu correspond à la situation ou tous les atomes/molécules sont dans leur état de plus basse énergie. A cause du principe d'incertitude, ce n'est pas l'état d'immobilité absolue, mais cela ne signifie pas pour autant que ce n'est pas le zéro absolu !

Si l'on ne peut atteindre le zéro absolu c'est pour d'autres raisons. Tout d'abord, on parle de systèmes macroscopiques. Il est évidemment exclu de contrôler l'état des atomes un à un. De plus la conductivité thermique et la chaleur spécifique deviennent négligeable près du zéro absolu. Il devient donc de plus en plus difficile d'extraire la moindre petite calorie (la chaleur spécifique joue sur les substances qui servent à refroidir, fluides ou autres).

L'exemple typique est le refroidissement par résonance magnétique adiabatique. Si l'on utilise la résonance magnétique électronique on aboutit à des échantillons de très basse température. Si l'on utilise la résonance magnétique nucléaire, on aboutit à des températures encore plus basses : mais c'est la température des noyaux, pas la température électronique ! Le passage de l'un à l'autre étant relativement inefficace, on n'atteint pas, pour l'échantillon, le minimum théorique que permet cette technique.

Sans compter qu'on ne peut jamais strictement isoler un échantillon (et si c'était le cas, on ne pourrait évidemment plus le refroidir ). Il y a toujours contact, rayonnement,... et donc toujours des fuites thermiques. Lorsque l'on atteint le millionième de Kelvin, une simple vibration augmente la température de l'échantillon. La recherche en basses températures est tout un art.

[albanxiii]

Bonjour,

La recherche en basses températures est tout un art.

Je profite de votre présence sur ce fil pour vous poser la question : comment tout ce que vous aveez dit ci-dessus s'applique aux atomes froids dans des pièges optiques ?

[AlbertoJ]

Ce que tu dis est exact, sauf la dernière phrase. Ce n'est pas pour cette raison que le zéro absolu ne peut être atteint.
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L'exemple typique est le refroidissement par résonance magnétique adiabatique. Si l'on utilise la résonance magnétique électronique on aboutit à des échantillons de très basse température. Si l'on utilise la résonance magnétique nucléaire, on aboutit à des températures encore plus basses : mais c'est la température des noyaux, pas la température électronique ! Le passage de l'un à l'autre étant relativement inefficace, on n'atteint pas, pour l'échantillon, le minimum théorique que permet cette technique.

Merci pour le correctif.
Je comprends mieux maintenant : on refroidit un grand nombre d'atomes et pas leurs électrons.
D'autre part je ne savais pas qu'il existait une température du noyau et une température électronique. Je n'en ai pas souvenir de mes cours de Thermodynamique. Un modèle pour passer de la T° nucléaire à la T° électronique a-t-il été développé ?
La technique de résonance magnétique électronique agit-elle sur les électrons et la résonance magnétique nucléaire sur les noyaux ?

[AlbertoJ]

A propos de gravité, savez-vous si elle est toujous considérée comme une force à action immédiate (et donc plus rapide que la lumière)?

[Deedee81]

Salut,

Je profite de votre présence sur ce fil pour vous poser la question : comment tout ce que vous aveez dit ci-dessus s'applique aux atomes froids dans des pièges optiques ?

Oui, tout à fait.

Je comprends mieux maintenant : on refroidit un grand nombre d'atomes et pas leurs électrons.
D'autre part je ne savais pas qu'il existait une température du noyau et une température électronique. Je n'en ai pas souvenir de mes cours de Thermodynamique.

Il faut dire que le problème ne se pose pas souvent (à ma connaissance uniquement pour le refroidisement par désaimantation adiabatique nucléaire).

A contrario, on a un problème analogue dans les plasmas pour le chauffage (température des électrons et des ions). Pour la recherche sur la fusion thermonucléaire analogue.

Un modèle pour passer de la T° nucléaire à la T° électronique a-t-il été développé ?

Je suppose, mais à ce niveau de détail je ne connais pas l'état de l'art

La technique de résonance magnétique électronique agit-elle sur les électrons et la résonance magnétique nucléaire sur les noyaux ?

Oui.

A propos de gravité, savez-vous si elle est toujous considérée comme une force à action immédiate (et donc plus rapide que la lumière)?

Non, plus depuis la relativité générale d'Einstein. Les variations de la gravité se propagent à la vitesse de la lumière (ondes gravitationnelles). Du moins c'est hautement probable (ça n'a jamais été vérifié directement mais pour le reste la relativité générale est extrêmement bien validée, deux résultats viennent encore de tomber avec la sonde Gravity Probe B).

[AlbertoJ]

Merci à Deedee81.

[albanxiii]

Oui, tout à fait.

Merci de votre réponse.

Bon, plutôt que de vous faire perdre votre temps à expliquer des choses qu'on peut trouver sur ne net, je vais chercher des cours et documents sur les atomes froids... on trouve des choses intéressantes sur le site du laboratoire Kastler-Brossel (of course !!!).

S'il reste des points obscurs à propos du principe d'incertitude et ces atomes froids, je vous redemanderais