Fréquence de résonnance et accumulation d'énergie

[invitea1b94408]

Bonjour,
concernant la fréquence de résonnance (ou fréquence propre) d'un objet, prenons par exemple la balançoire, si on pousse avec une même force à chaque fois au bon moment (c'est à dire lorsque l'énergie potentielle est au max), la balançoire oscille de plus en plus et c'est là que je ne comprends plus trop. En effet, si la balançoire oscille de plus en plus, les poussées seront espacées de plus en plus puisque le parcours que fait la balançoire devient de plus en plus grand (elle met plus de temps pour revenir vers celui qui pousse), donc la fréquence des poussées est censée diminuer pour à chaque fois pousser au bon moment. Vous me suivez? Donc finalement la fréquence décroit et ne reste pas constante, alors comment faire pour exciter le système avec une même fréquence?
Merci d'avance pour votre aide.
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[calculair]

bonjour,

En première approximation, la periode d'oscillation de la balançoire ne change pas;

L'amplitude est plus grande, mais sa vitesse aussi....

[Tiluc40]

Bonjour,
concernant la fréquence de résonnance (ou fréquence propre) d'un objet, prenons par exemple la balançoire, si on pousse avec une même force à chaque fois au bon moment (c'est à dire lorsque l'énergie potentielle est au max), la balançoire oscille de plus en plus et c'est là que je ne comprends plus trop. En effet, si la balançoire oscille de plus en plus, les poussées seront espacées de plus en plus puisque le parcours que fait la balançoire devient de plus en plus grand (elle met plus de temps pour revenir vers celui qui pousse), donc la fréquence des poussées est censée diminuer pour à chaque fois pousser au bon moment. Vous me suivez? Donc finalement la fréquence décroit et ne reste pas constante, alors comment faire pour exciter le système avec une même fréquence?
Merci d'avance pour votre aide.

Bonjour,
Je pense que ton analyse est inexacte. La vitesse augmente aussi et la période ne change pas. L'amplitude augmente jusqu'à ce que tu ait stocké le maximum d'énergie admissible par ton système.

[invitea1b94408]

Merci pour vos réponses.

Je pense que ton analyse est inexacte.

C'est bien ce qu'il me semblait.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Comme l'a dit Calculair, en première approximation la période ne change pas.
Si on veut être puriste, la période d'oscillation pour une amplitude φo est:



Au revoir.

[invitea1b94408]

Bonjour.
Comme l'a dit Calculair, en première approximation la période ne change pas.
Si on veut être puriste, la période d'oscillation pour une amplitude φo est:



Au revoir.

C'est noté, merci pour ces précisions.

[invitea1b94408]

Bonjour,
j'aurai voulu savoir s'il était possible de faire accumuler de l'énergie à un système, en l'occurrence à la balançoire, sans la pousser à sa fréquence de résonnance mais en augmentant la force de poussée (l'intensité de la poussée)?
Autrement dit, est-ce juste de dire qu'une balançoire qui n'est pas excitée à sa fréquence propre (de résonnance) peut tout de même accumuler de l'énergie (donc l'amplitude de ses oscillations) si et seulement si on fournit une force de poussée plus importante (on augmente l'intensité de la poussée).
Si quelqu'un pouvait confirmer ou infirmer mes propos..Merci d'avance.

[Tiluc40]

Bonjour,
Il me semblerait logique que tu accumules de l'énergie si l'énergie communiquée est supérieure à l'énergie dissipée entre 2 poussées (frottements du système)
Edit : Celà dit, il faudrait tout de même pousser en phase avec ta balançoire, sinon tu vas la freiner. Donc pour des poussées ponctuelles, à moins de pousser à un endroit différent.

[invite6dffde4c]

Bonjour,
j'aurai voulu savoir s'il était possible de faire accumuler de l'énergie à un système, en l'occurrence à la balançoire, sans la pousser à sa fréquence de résonnance mais en augmentant la force de poussée (l'intensité de la poussée)?
Autrement dit, est-ce juste de dire qu'une balançoire qui n'est pas excitée à sa fréquence propre (de résonnance) peut tout de même accumuler de l'énergie (donc l'amplitude de ses oscillations) si et seulement si on fournit une force de poussée plus importante (on augmente l'intensité de la poussée).
Si quelqu'un pouvait confirmer ou infirmer mes propos..Merci d'avance.

Bonjour.
Ça dépend du Q (facteur de qualité).
Si vous appliquez une force sinusoïdale de fréquence proche de la fréquence de résonance, l'oscillateur oscillera à la fréquence d'excitation (et non à sa fréquence propre).

Dans tous le cas, l'amplitude augmentera jusqu'à ce que les pertes soient égales à la puissance fournie.

Si l'oscillateur à un facteur de qualité très grand, l'amplitude sera grande pour une même puissance, mais la bande passante (la bande de fréquences qui arrivent à communiquer de la puissance à l'oscillateur) sera faible. Et vice-versa: si le facteur de qualité est faible, l'amplitude sera plus faible mais la bande passante grande.

On peut aussi communiquer de la puissance à un oscillateur avec une force non sinusoïdale dont la fréquence est égale à la fréquence propre ou à un sub-multiple. C'est cela qui font les mères avec les escarpolettes de leurs enfants: elles poussent un petit coup à chaque fois ou une fois sur deux ou sur trois.
Au revoir.

[invitea1b94408]

En fait, si j'ai posé cette question c'est pour comprendre la théorie d'Einstein concernant l'effet photoélectrique. Je m'explique, et pour cela je citerai la phrase suivante tirée de wikipedia (paragraphe Interprétation et explication): "En effet, si l'on considère la lumière comme une onde, en augmentant son intensité et en attendant suffisamment longtemps, on devrait pouvoir fournir suffisamment d'énergie au matériau pour en libérer les électrons. L'expérience montre que l'intensité lumineuse n'est pas le seul paramètre, et que le transfert d'énergie provoquant la libération des électrons ne peut se faire qu'à partir d'une certaine fréquence." Ce paragraphe suppose si j'ai bien compris que pour une onde classique (donc dans le cadre de la mécanique classique uniquement), il suffirait d'augmenter l'intensité de l'onde pour exciter un système comme la balançoire. Mon raisonnement est-il juste, j'ai peur de faire fausse route..

[invite6dffde4c]

En fait, si j'ai posé cette question c'est pour comprendre la théorie d'Einstein concernant l'effet photoélectrique. Je m'explique, et pour cela je citerai la phrase suivante tirée de wikipedia (paragraphe Interprétation et explication): "En effet, si l'on considère la lumière comme une onde, en augmentant son intensité et en attendant suffisamment longtemps, on devrait pouvoir fournir suffisamment d'énergie au matériau pour en libérer les électrons. L'expérience montre que l'intensité lumineuse n'est pas le seul paramètre, et que le transfert d'énergie provoquant la libération des électrons ne peut se faire qu'à partir d'une certaine fréquence." Ce paragraphe suppose si j'ai bien compris que pour une onde classique (donc dans le cadre de la mécanique classique uniquement), il suffirait d'augmenter l'intensité de l'onde pour exciter un système comme la balançoire. Mon raisonnement est-il juste, j'ai peur de faire fausse route..

Re.
Bon, vous avez trouvé une nouvelle connerie dans wikipedia.
Heureusement il n'y en a pas trop. Mais il faut tout de même se méfier et ne pas prendre ce qui est dit pour le l'argent comptant.

Dans ce cas, c'est la rédaction qui est imbécile et qui donne à croire que ce serait possible. Alors que l'intention était, peut-être, de montrer le contraire.

L'effet photovoltaïque est un phénomène quantique et non analogique. Même avec de puissances énormes, l'énergie des électrons extraits par la lumière sera la même. Il y en aura plus si la puissance est grande, mais toujours avec la même énergie.
Et si la fréquence n'est pas assez grande pour que les électrons arrivent à vaincre le travail d'extraction (work function), il n'y aura pas un seul électron, même avec des puissances énormes.
A+

[invitea1b94408]

Re.
Bon, vous avez trouvé une nouvelle connerie dans wikipedia.
Heureusement il n'y en a pas trop. Mais il faut tout de même se méfier et ne pas prendre ce qui est dit pour le l'argent comptant.

Dans ce cas, c'est la rédaction qui est imbécile et qui donne à croire que ce serait possible. Alors que l'intention était, peut-être, de montrer le contraire.

Est-ce réellement une connerie? Je pose la question parce que je n'en suis pas sûr; je vous indique l'adresse à laquelle j'ai trouvé ce passage, peut-être que le passage donné comme ça hors de son contexte semble incohérent: http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_photo%C3%A9lectrique
Personnellement je ne pense pas que ce soit une connerie parce que j'ai retrouvé les mêmes éléments dans d'autres textes (je croise toujours plusieurs sources pour évincer les informations erronées).

[invite6dffde4c]

Est-ce réellement une connerie? Je pose la question parce que je n'en suis pas sûr; je vous indique l'adresse à laquelle j'ai trouvé ce passage, peut-être que le passage donné comme ça hors de son contexte semble incohérent: http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_photo%C3%A9lectrique
Personnellement je ne pense pas que ce soit une connerie parce que j'ai retrouvé les mêmes éléments dans d'autres textes (je croise toujours plusieurs sources pour évincer les informations erronées).

Re.
Effectivement, sans le paragraphe qui le précède et celui qui le suit, la phrase est idiote. Mais entre les deux, ça colle.
Ceci dit, c'est très mal rédigé.
A+

[inviteb836950d]

Supposons un oscillateur harmonique (donc avec des niveaux également espacés). Rien n'empêche de faire gravir l'énergie pas-à-pas avec des photons ayant juste l'énergie nécessaire pour gravir une marche.
Par contre la proba sera extrêmement faible...d'où l'utilisation d'une intensité énorme.

[invitea1b94408]

Finalement, la raison pour laquelle je fais le lien entre l'effet photoélectrique (physique quantique) et les ondes classiques, c'est parce que l'effet photoélectrique ressemble énormément à un effet de résonance (par la lumière) de la matière. Donc pourquoi n'est-il pas possible d'appréhender l'effet photoélectrique à partir de la mécanique des ondes classique?

[invite6dffde4c]

Re.
Précisément par le raisons qui sont (mal) données dans la page de wikipedia.
Si c'était un phénomène de résonance on pourrait compenser par la puissance le manque de punch des ondes de basse fréquence. Et expérimentalement on montre que ce n'est pas le cas. Et que l'énergie des électrons arrachés ne dépend que de la fréquence de l'onde incidente et non de la puissance.

Millikan (un expérimentateur de génie) c'était lancé dans une manip pour prouver que la théorie d'Einstein était fausse. Et il prouva qu'elle était vraie. Du coup ils partagèrent le prix Nobel.

A+

[invitea1b94408]

Si c'était un phénomène de résonance on pourrait compenser par la puissance le manque de punch des ondes de basse fréquence. Et expérimentalement on montre que ce n'est pas le cas. Et que l'énergie des électrons arrachés ne dépend que de la fréquence de l'onde incidente et non de la puissance.
A+

Je suis d'accord avec le raisonnement. Par contre, ce que je ne comprends pas (et ce n'est pas tant l'effet photoélectrique et la mécanique quantique en elle-même), c'est que dans un phénomène de résonnance, on puisse compenser le "manque de punch des ondes" (donc la fréquence) par une intensité plus élevée. Car pour faire résonner un système il faut également juste la bonne fréquence (fréquence propre) et ajouter de l'intensité ne sert donc à rien tant que l'on n'excite pas le système à la bonne fréquence, non?

[invite6dffde4c]

Je suis d'accord avec le raisonnement. Par contre, ce que je ne comprends pas (et ce n'est pas tant l'effet photoélectrique et la mécanique quantique en elle-même), c'est que dans un phénomène de résonnance, on puisse compenser le "manque de punch des ondes" (donc la fréquence) par une intensité plus élevée. Car pour faire résonner un système il faut également juste la bonne fréquence (fréquence propre) et ajouter de l'intensité ne sert donc à rien tant que l'on n'excite pas le système à la bonne fréquence, non?

Re.
Précisément, l'effet photoélectrique n'a pas besoin d'utiliser des fréquences précises. Toutes les longueurs d'onde fonctionnent, à condition que la fréquence soit au delà d'un certain seuil.

Mais on pourrait imaginer un mécanisme qui permettrait à un électron d'osciller à la fréquence de l'onde incidente et de gagner de l'énergie peu à peu. Les résultats expérimentaux contredissent cette hypothèse. Du coup, ce n'est pas la peine de se creuser la tête pour inventer un mécanisme qui ne servirait à rien.
A+

[invitea1b94408]

Merci pour ces explications, mais je reste dans le flou..
Concrètement que veut dire cette phrase:
"En effet, si l'on considère la lumière comme une onde, en augmentant son intensité et en attendant suffisamment longtemps, on devrait pouvoir fournir suffisamment d'énergie au matériau pour en libérer les électrons."
J'ai bien compris qu'on contrebalance une fréquence basse par une amplitude élevée pour obtenir une même énergie.
Mais comment est-ce précisément possible de contrebalancer une fréquence basse par une intensité élevée alors que comme l'a dit Tiluc40 si je ne pousse pas en phase ma balançoire (à la bonne fréquence), je vais freiner ma balançoire et ce peu importe l'intensité..




PS: Question éventuellement sous-jacente: Une onde électromagnétique ne se comporte-t-elle pas comme une onde mécanique? Peut-être que je mélange tout..

[invitebd2b1648]

Pour l'effet photoélectrique il faut faire appel à la MQ, il faut que le quantum du photon soit capable de déloger un électron de son orbital !

Cordialement,

[invite6dffde4c]

Re.
Ce qui est mauvais dans la phrase de wikipedia est "Si on considère la lumière comme une onde...". La lumière est une onde autant que des photons.
Ce que la phrase veut dire est "Si on essaie de donner une explication classique, la lumière doit être considérée comme une onde...". Dans ce type d'explication ce serait le champ électrique de l'onde qui agite les électrons (c'est le cas dans la réalité). Mais cette agitation se traduit par la re-émission d'une autre onde de même fréquence et non par l'éjection d'un électron.
Et si on considère que des électrons pourraient absorber suffisamment d'énergie pour se faire éjecter, alors le paramètre qui serait important serait la puissance incidente et non la fréquence.

Peut-être que ce qui vous manque est que pour agiter un électron d'un métal à la fréquence d'une onde électromagnétique, on n'a pas besoin que cet électron forme partie d'un système oscillant. Vous pouvez agiter l'eau d'une baignoire à la fréquence de votre main qui peut être très différente des modes propres de l'eau dans la baignoire. Dans un métal, ce sont les électrons de conduction qui se font agiter par les ondes électromagnétiques. Pas les électrons liés à des atomes.
A+

[invitea1b94408]

Dans un métal, ce sont les électrons de conduction qui se font agiter par les ondes électromagnétiques. Pas les électrons liés à des atomes.
A+

Pourtant j'ai lu dans un cours sur l'effet photoélectrique qu' : "il faut, pour arracher l’électron du métal (où il est soumis à des forces intermoléculaires), une énergie plus grande que l’énergie de liaison entre l’électron et l’atome, appelée travail d’extraction, W." Donc il ne s'agit pas d'électrons libres là?
Je fais fausse route?

[invite6dffde4c]

Pourtant j'ai lu dans un cours sur l'effet photoélectrique qu' : "il faut, pour arracher l’électron du métal (où il est soumis à des forces intermoléculaires), une énergie plus grande que l’énergie de liaison entre l’électron et l’atome, appelée travail d’extraction, W." Donc il ne s'agit pas d'électrons libres là?
Je fais fausse route?

Re.
C'est faux. Le travail d'extraction n'est pas du tout une énergie de liaison entre un électron et un atome. C'est la différence d'énergie entre l'infini (loin de la surface du métal) et le niveau de Fermi.

Les énergies de liaison entre électrons et atomes sont de quelques dizaines de eV. Le travail d'extraction vaut quelques eV. Parfois moins d'un eV.
A+

[invite1c0eeca8]

Re.
C'est faux. Le travail d'extraction n'est pas du tout une énergie de liaison entre un électron et un atome. C'est la différence d'énergie entre l'infini (loin de la surface du métal) et le niveau de Fermi.

es tu certain lpfr ? personnellement j'ai tj appris que l"energie necessaire ppour extraire un e- du métal correspondait à cette énergie de liaison...

[invitea1b94408]

Peut-être que ce qui vous manque est que pour agiter un électron d'un métal à la fréquence d'une onde électromagnétique, on n'a pas besoin que cet électron forme partie d'un système oscillant. Vous pouvez agiter l'eau d'une baignoire à la fréquence de votre main qui peut être très différente des modes propres de l'eau dans la baignoire.

Désolé mais est-ce que vous pourriez développer un peu ce passage? Avec d'autres exemples concrets s'il-vous-plaît? Parce qu'il me semble bien que c'est à ce niveau que je coince. Merci encore.

[invitebd2b1648]

http://ead.univ-angers.fr/~jaspard/P...fPHOTOELEC.htm

Cordialement,

[invite6dffde4c]

Désolé mais est-ce que vous pourriez développer un peu ce passage? Avec d'autres exemples concrets s'il-vous-plaît? Parce qu'il me semble bien que c'est à ce niveau que je coince. Merci encore.

Bonjour.
Quand une onde électromagnétique tombe sur un métal, la plupart (plus de 90% dans le visible et encore plus pour les fréquences plus basses) est réfléchie. Une petite partie est absorbée par des pertes ohmiques et une partie encore plus petite communique son énergie hf à des électrons, dont une petite partie sortira du métal en tant que photoélectrons.

C'est le champ électrique de l'onde électromagnétique qui agit sur les électrons libres (par qE, bêtement). Si le conducteur était parfait, un petit champ électrique créerait des courants infinis. La suite est plus compliquée. Ces électrons qui font du va-et-vient émettent une onde électromagnétique de même fréquence et en opposition de phase qui s'additionne à l'onde incidente. Cette onde à presque la même amplitude que l'onde incidente et le champ électrique résultant à juste la bonne valeur pour créer le courant qu'il faut.
Et c'est ce courant que captent nos antennes radio.
Plus amusant, le comportement de ces électrons libres "gaz d'électrons" qui sont places dans un environnement d'atomes chargés positivement (neutre en moyenne) est très intéressant. Si les électrons étaient tassés à un endroit, l'excès d'électrons là et le manque à l'endroit d'où ils viennent, crée un champ électrique qui tend à les ramener à leur place et à conserver la neutralité électrique. Mais comme les électrons ont une masse, cela donne une fréquence d'oscillation propre: la fréquence du plasma. Elle dépend de la concentration d'électrons libres. On trouve le même phénomène dans tous les plasmas, y compris dans la ionosphère.

Si la fréquence de l'onde arrivante est plus faible que la fréquence du plasma, les électrons "obéissent" et oscillent à la fréquence de l'onde arrivante. Si la fréquence est plus grande, les électrons ne peuvent pas suivre, ils n'émettent pas d'onde secondaire et laissent passer l'onde incidente: le métal devient transparent. C'est le cas pour certains métaux alcalins dans l'ultraviolet. C'est aussi le cas de la ionosphère: elle réfléchit les ondes radio de basse fréquence (quelques MHz) mais laisse passer les fréquences plus élevées, comme celles utilisées par les satellites et surtout: la lumière.

Le problème est que dans l'enseignement actuel on essaie de "cacher" le fait que la lumière, comme toute onde électromagnétique est aussi une onde. Et on raconte des histoires sur l'interaction lumière matière. En oubliant que les ondes radio sont de la même nature. J'aimerais voir un masochiste tenter d'expliquer le fonctionnement d'une antenne Yagi (ou même d'un simple dipôle) uniquement avec des photons.

Le dogmatisme est une mauvaise chose. J'explique les antennes, la réfraction et la réflexion avec des champs et l'effet photoélectrique avec des particules.

Au revoir.

[invitea1b94408]

Bonjour,
merci d'avoir pris le temps de développer, je vais digérer tout ça à tête reposée pour l'instant pour voir où j'en suis.