Actu - La vitesse de la lumière mesurée avec du fromage...

[invite94355a9b]

Pourquoi ne pas profiter des vacances, surtout par temps pluvieux, pour se livrer à quelques petites expériences scientifiques ? Par exemple, mesurer la vitesse de la lumière…Non, ne fuyez pas : pour cela, nul besoin de matériel ultra-sophistiqué. Ni de faire appel au physicien du coin. Il vous suffira d'un simple four à micro-ondes, comme on en trouve dans la plupart des cuisines. Et d'un peu de fromage râpé...Le principe de la cuisson des aliments par micro-ondes est simple. Celles-ci sont émises à une fréquence de 2450 Mhz, soit 2,45 milliards d'oscillat...

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[Gunman]

Dingue

[invite4e8412ad]

Est ce une coïncidence ou y a t il une explication scientifique réelle à ce phénomène... ?

[invité576543]

Est ce une coïncidence ou y a t il une explication scientifique réelle à ce phénomène... ?

Pas une coïncidence. Il y a ce qu'on appelle un système d'ondes stationnaires dans le four, et l'expérience proposée permet de visualiser les positions des "creux" et "bosses" des ondes stationnaires.

Et la distance entre bosses est la moitié de la longueur d'onde...

Cordialement,

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite7592a131]

Pas une coïncidence. Il y a ce qu'on appelle un système d'ondes stationnaires dans le four, et l'expérience proposée permet de visualiser les positions des "creux" et "bosses" des ondes stationnaires.

Et la distance entre bosses est la moitié de la longueur d'onde...

Cordialement,

Dans ce cas, la longueur d'onde serait de 24 cm non ?
il y aurait alors un problème pour obtenir la vitesse de la lumière...

Je ne suis pas physicien mais je pense que :
le fromage devrait être fondu sur la totalité de la longueur d'onde.

je crois que pour que le fromage ne fonde que sur la 1/2 longueur d'onde, il faut qu'il faire intervenir une polarisation ou des interférences...

enfin, j'imagine.

[invité576543]

Dans ce cas, la longueur d'onde serait de 24 cm non ?

On peut se poser la question! L'explication par ondes stationnaires donne une demi-longueur d'onde entre bosses ou entre creux, mais je peux me tromper.

Le mieux est de faire l'expérience...

Cordialement,

[Coincoin]

Salut,
Il n'y a pas aussi une histoire d'orientation ? Ce qu'on mesure ce n'est pas la longueur d'onde, mais sa projection sur le fromage (ça fait bizarre de dire ça ). Donc si je ne m'abuse, il y a un cosinus qui peut plus ou moins compenser ce facteur 2.

[Noväe]

d'accord avec test321 , la longueur d'onde devrait être de 24 cm et non 12 dans le cas d'ondes stationnaires . Quelqu'un pourrait m'expliquer ?
merci

[invité576543]

Salut,
Il n'y a pas aussi une histoire d'orientation ? Ce qu'on mesure ce n'est pas la longueur d'onde, mais sa projection sur le fromage (ça fait bizarre de dire ça ). Donc si je ne m'abuse, il y a un cosinus qui peut plus ou moins compenser ce facteur 2.

Si l'intérieur est parallélépipédique en restant parallèle à une arête, on devrait éviter ce problème.

Mais je pense que c'est bien plus compliqué que cela. Je viens de mesurer l'intérieur de mon four, juste pour vérifier quelque chose... Je trouve 37 22,5 39 entre surfaces métalliques, ce qui rend difficile des beaux domaines cubiques bien propres.

Ayant fait l'expérience dans le même four, en surface (pas une ligne) on trouve des domaines de diverses tailles, qui évoque plus un modèle de Rayleigh ("Rayleigh fading") qu'un beau système avec des cellules cubiques.

Mais même si c'est le cas, la statistique des tailles des domaines est paramétrée par la longueur d'onde, et en donne une mesure approximative.

Cordialement,

[invite19431173]

Il faut faire l'expérience plusieurs fois avec un angle différent, tracer la courbe longueur d'onde = f(angle) et chercher le maxium.

J'aime beaucoup "projection sur le fromage"

[acropole]

Il faut faire l'expérience plusieurs fois avec un angle différent, tracer la courbe longueur d'onde = f(angle) et chercher le maxium.

C'est là qu'on comprend à quel point il peut être difficile de se nourrir à notre époque...
Déjà que certains passent beaucoup de temps à calculer les proportions de lipides, glucide etc.
Avec du pain et du camembert c'est quand même plus facile de combler un petit creux.

[Tropique]

Et la distance entre bosses est la moitié de la longueur d'onde...

Effectivement, donc ~6cm. Et encore, en supposant que la constante diéléctrique de l'assiette et du fromage (!) soient de 1.

[Coincoin]

Et encore, en supposant que la constante diéléctrique de l'assiette et du fromage (!) soient de 1.

Bien vu. Mais j'ai bien peur que la constante diélectrique du fromage à 2,4 Ghz soit assez dure à trouver dans les tables !

[Noväe]

bon L=6cm donc longueur d'onde = 12 cm ou L=12 cm et longueur d'onde = 24 cm ?

[GillesH38a]

Si l'intérieur est parallélépipédique en restant parallèle à une arête, on devrait éviter ce problème.

Mais je pense que c'est bien plus compliqué que cela. Je viens de mesurer l'intérieur de mon four, juste pour vérifier quelque chose... Je trouve 37 22,5 39 entre surfaces métalliques, ce qui rend difficile des beaux domaines cubiques bien propres.

effectivement, il n'y a pas de raison que la forme et la taille du four soient telles que la fréquences des micro-ondes en soient une fréquence propre, plus le fait que la réflexion ne soit pas totale, il doit y a forcément des pertes. Le lien exact entre dimensions des domaines et longueur d'onde dans le vide et surement plus complexe... du coup la précision de la mesure est surement un hasard ! meme si comme dit Mmy dimensionnellement la taille des domaines doit etre paramétrée (et du meme ordre de grandeur) que la longueur d'onde.

on peut ergoter qu'on n'a pas vraiment mesuré la fréquence, donc pas non plus la vitesse de la lumière. Les expériences d'interférences (c'en est une) ne donnent une information que spatiale sur la longueur d'onde et pas du tout temporelle, donc ne permettent pas à elles seules de remonter à la vitesse de propagation.

Anecdote : Pour l'année de la physique, l'Observatoire de Grenoble avait refait l'expérience de Fizeau avec un laser pointant vers le sommet proche de la Bastille. Mais en fait, vu que personne n'avait réellement mesuré la distance, ce n'etait pas une mesure de la vitesse de la lumière mais.. de la distance de la Bastille . (bon, c'est vrai qu'on aurait pu prendre un GPS... mais le GPS suppose aussi qu'on connaisse la vitesse de la lumière !)

[invite4e8412ad]

effectivement, il n'y a pas de raison que la forme et la taille du four soient telles que la fréquences des micro-ondes en soient une fréquence propre, plus le fait que la réflexion ne soit pas totale, il doit y a forcément des pertes. Le lien exact entre dimensions des domaines et longueur d'onde dans le vide et surement plus complexe... du coup la précision de la mesure est surement un hasard ! meme si comme dit Mmy dimensionnellement la taille des domaines doit etre paramétrée (et du meme ordre de grandeur) que la longueur d'onde.

on peut ergoter qu'on n'a pas vraiment mesuré la fréquence, donc pas non plus la vitesse de la lumière. Les expériences d'interférences (c'en est une) ne donnent une information que spatiale sur la longueur d'onde et pas du tout temporelle, donc ne permettent pas à elles seules de remonter à la vitesse de propagation.

Anecdote : Pour l'année de la physique, l'Observatoire de Grenoble avait refait l'expérience de Fizeau avec un laser pointant vers le sommet proche de la Bastille. Mais en fait, vu que personne n'avait réellement mesuré la distance, ce n'etait pas une mesure de la vitesse de la lumière mais.. de la distance de la Bastille . (bon, c'est vrai qu'on aurait pu prendre un GPS... mais le GPS suppose aussi qu'on connaisse la vitesse de la lumière !)

Merci pour la réponse, c'est ce que j'attendais !

[invite6d44d0c9]

Sans chercher la petite bête et me perdre dans les calculs, je te crois sur parole. Il s'agit en fait d'une simple analogie (tout à fait logique) entre deux systèmes de mesure. Le plus dur c'était d'y penser !

[invite6d44d0c9]

Petite disgression en passant: la lumière, malgré sa vitesse, est un vieux teuf-teuf poussif... Il lui faut quatre ans pour venir de l'étoile la plus proche, Proxima. Si l'on réduit ses trois cents mille Km/s en 1 Cm/s, la vitesse d'une fourmi au galop, c'est le temps qu'il faudrait à la pauvre petite bête pour faire le trajet Brest-Nice !

[invite1a5533bb]

je ne suis pas d'accord.
OK, la longueur d'onde est bien de 12 cm, mais les pics d'intensité liés aux ondes stationnaires sont répartis à la moitié de la longueur d'onde, donc normalement tous les 6 cm.

[invite7592a131]

bon L=6cm donc longueur d'onde = 12 cm ou L=12 cm et longueur d'onde = 24 cm ?

Pour moi, la la longueur d'onde est bien 12cm car on doit avoir L*frequence= c. C'est bien le cas ici.

[Hash]

Bonjour,

Je doute que la répartition des ondes dans un micro-onde soit si simple. D'autant plus que beaucoup de micro-ondes utilisent des brasseurs d'ondes, c'est-à-dire un dispositif qui réfléchi et diffracte les ondes guidées incidentes générées par le magnétron. Ainsi, la cartographie du champ dans le micro onde est sans doute plus ou moins compliquée selon les modèles d'appareils.

De plus, qui nous dit que si le mode propre du four existe, il s'agit du mode fondamental ? Autrement dit, on pourrait avoir des longueurs entre "min de cuission" et "max de cuisson", multiple de la longueur d'onde.

Enfin, il me semble que les constructeurs font tout ce qu'ils peuvent pour justement uniformiser le champ dans le four. L'existence de modes propres "bien nets", générerait en effet des points très chaud (et ailleurs des points froids), ce qui engendrerait une bien mauvaise cuisson.

Bref, l'expérience ne tire-t-elle pas trop vite une conclusion ?

[invite6a30f91c]

Les anglo-saxons travaillent la question depuis un certain temps. Une des études les plus complètes donne un historique des méthodes pour mesurer la vitesse de la lumière : http://asistm.duit.uwa.edu.au/synchr...hapter10_4.pdf
Ce document propose une représentation simplifiée du système d'ondes stationnaires dans un four à microondes.
J'ai du traiter récemment dans le cadre d'un exposé sur le Wi-Fi pour des radio-amateurs certaines problématiques des nuisances potentielles des ondes electromagnétiques mais j'aurais tendance à étendre le débat sur la polarisation des micro-ondes en question : en effet, si elles sont circulairement polarisées il n'y a plus d'ondes stationnaires parce qu'elles reviennent orthogonalement polarisées (i.e. une polarisation circulaire gauche devient circulaire droite à la réflexion et réciproquement) et donc elles n'interfèrent plus pour produire des ondes stationnaires ... quelqu'un a-t-il fait la manip ?

[invite4e8412ad]

Comme l'a dit précédemment Test321, pour s'assurer que la longeur d'onde Lambda est bien égale à 12 cm, il suffit d'appliquer la formule Lambda = Célérité / Fréquence. Ce qui nous donne, lors de l'application numérique :

Lambda = 3.10^8 / 2,45.10^9 = 12 cm

CQFD...

[Hash]

Comme l'a dit précédemment Test321, pour s'assurer que la longeur d'onde Lambda est bien égale à 12 cm, il suffit d'appliquer la formule Lambda = Célérité / Fréquence. Ce qui nous donne, lors de l'application numérique :

Lambda = 3.10^8 / 2,45.10^9 = 12 cm

CQFD...

Non, je doute que cela soit si simple. Seule la fréquence de l'onde est connue. Il faudrait au préalable prouver que la longueur entre deux "zone brulées" correspond effectivement à une seule longueur d'onde (et pas un multiple) !

Pour obtenir une "cartographie" du champ électromagnétique dans le micro-onde, on pourrait éventuellement utiliser une morceau carré de carton (de la taille de la base) que l'on humidifierait au préalable (je ne l'ai pas fait, c'est juste une idée). En laissant cuire quelques secondes (pas trop, attention, ça peut aussi brûler !), on devrait voir si il y'a bien un motif régulier ou non (l'eau devrait sécher plus vite en certain endroit). Si la distance entre deux "max" n'est pas constante, alors il s'agit probablement d'une superposition de modes. Dans ce cas, il sera vraiment difficile de conclure sur une quelconque valeur de la célérité de la lumière sans en savoir plus sur les modes existant dans la cavité !

Toutefois, si votre micro-onde possède un brasseur d'onde, alors on ne devrait pas voir grand chose. Enfin, cette cartographie devrait également varier selon la hauteur et la position où l'on place le carton...


Voici quelques références sur ce sujet :
- Steyn-Ross, Alistair; Riddell, Alister, "Standing waves in a microwave oven
The Physics Teacher", Volume 28, Issue 7, pp. 474-476 (1990).
(http://scitation.aip.org/getabs/serv...cvips&gifs=yes)
(si quelqu'un dispose de l'abonnement pour lire cet article, je veux bien qu'il me l'envoie !)

Enfin voici un TP bien fait sur ce sujet. Contrairement à ce qui est écrit dans l'article sur FS, ici, on considère le fait qu'il existe plusieurs modes superposés. Dans ce cas, ils proposent d'essayer de repérer chacune des longueurs constantes qui se répètent dans le motif, et d'en déduire les longueurs d'onde associées. A ce propos, la longueur entre deux max correspond bien à la moitié de la longueur d'onde !
http://asistm.duit.uwa.edu.au/synchr...hapter10_4.pdf

[invite7592a131]

Attention Hash, Je ne dis pas que les 12 cm mesurés correspondent à la longueur d'onde !

J'affirme que la longueur d'onde des micro-ondes du four est de 12 cm.

Si on retrouve 12 cm dans le fromage, il nous reste à determiner à quels phénomènes ils sont dus : inteférences, diffractions...

[Hash]

C'est plus compliqué que cela.

Dans le vide (où à l'air libre), la longueur d'onde d'une onde EM de fréquence 2.45GHz serait en effet de 12cm environ. Mais ce n'est pas vrai dans le micro-onde :
- entre le magnétron et la cavité du four, l'onde est conduite dans un guide d'onde. La longueur d'onde dans le guide d'onde est différente de la longueur d'onde dans le vide.
- ensuite, si on suppose que le four se comporte effectivement comme une cavité et qu'il s'y développe des modes propres, alors nous ne sommes plus en présence d'une onde propagative, et chacun des modes va posséder une longueur d'onde propre, qui va dépendre des dimensions de la cavité ainsi que des indices des modes excités.

EDIT: je viens de trouver de beaux exemples de cartographies de champs mesurées et simulées dans un micro-onde, qui confirme que tout ceci n'est pas si simple :
http://www.wensh.net/archive.php/topic/1527.html

[Hash]

voir aussi :
Physics of the microwave oven, Michael Vollmer, PHYSICS EDUCATION 39 (1) 2004.