Onde sonore et quantification de l'énergie

[invite6efd23ca]

Désolée par avance pour la longueur de mon post. Voici mes 3 questions :

1) E=mc2 et E=hf sont-elles valables pour tout ? Par exemple, ai-je le droit de dire qu'une note de musique (un la à 440 Hz, mettons) ait une énergie associée hf ?
Dans le cas de E=mc2, si l'énergie interne entre dans les types d'énergie, ai-je bien le droit de dire qu'une casserole d'eau chaude courbe plus l'espace-temps (et est + attirée par un champ de pesanteur) qu'une casserole d'eau froide ?

Dans le cas où l'onde sonore véhicule bien une énergie (même si elle n'est pas égale à hf) et que j'ai le droit de dire qu'il y a correspondance entre énergie et masse, alors... un son devrait être dévié par une masse (et courber également l'espace-temps).

*** Discussion scindée***

Voilà, je vous remercie par avance de réagir sur 1, 2 ou même les 3 questions si vous êtes inspirés.
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[invité576543]

Des réponses à 1):

1) E=mc2 et E=hf sont-elles valables pour tout ? Par exemple, ai-je le droit de dire qu'une note de musique (un la à 440 Hz, mettons) ait une énergie associée hf ?

Non. E=hf n'est pas valable pour une onde sonore. Il y a une énergie, mais elle fait entrer en jeu les caractéristiques du matériau qui vibre.

Dans le cas de E=mc2, si l'énergie interne entre dans les types d'énergie, ai-je bien le droit de dire qu'une casserole d'eau chaude courbe plus l'espace-temps (et est + attirée par un champ de pesanteur) qu'une casserole d'eau froide ?

Correct. La différence est négligeable et non mesurable par les moyens actuels, mais théoriquement c'est correct.

Dans le cas où l'onde sonore véhicule bien une énergie (même si elle n'est pas égale à hf) et que j'ai le droit de dire qu'il y a correspondance entre énergie et masse, alors... un son devrait être dévié par une masse (et courber également l'espace-temps).

Toute énergie déforme l'espace-temps, et toute trajectoire est influencée par la courbure de l'espace-temps. Maintenant, que veut dire quoi "dévier un son"??

Cordialement,

[invite6efd23ca]

Maintenant, que veut dire quoi "dévier un son"??

Bon, c'est vrai que le son se propage dans toutes les directions (mais la lumière aussi, si je la vois comme une onde, non ?), donc il est bizarre de dire que le son est dévié. Peut-être est-ce que je pourrais remplacer "dévier un son" par "déformer l'onde sonore". Plus concrêtement : est-ce qu'on peut imaginer qu'une source sonore à proximité d'une masse importante ait un comportement bizarre qu'elle n'aurait pas sans la présence de cette masse (par exemple je n'entends pas le son à un certain endroit alors que sans la masse je devrais) ?

[invite6efd23ca]

Non. E=hf n'est pas valable pour une onde sonore.

Quel est le "domaine de validité" de E=hf ? J'aurais tendance à dire que ça ne s'applique que dans le cas d'ondes progressant dans le vide, c'est ça ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invité576543]

Quel est le "domaine de validité" de E=hf ? J'aurais tendance à dire que ça ne s'applique que dans le cas d'ondes progressant dans le vide, c'est ça ?

A ma connaissance, c'est uniquement le photon! Mais il est fort possible que quelque chose m'ai échappé!

Cordialement,

EDIT: Euh.. Il y a aussi l'onde de de Broglie, à voir...

[invite6efd23ca]

EDIT: Euh.. Il y a aussi l'onde de de Broglie, à voir...

Oui, justement, je crois bien que toutes les "particules" élémentaires y ont droit. Enfin j'aurais tendance à dire tout ce qui n'a pas besoin de support matériel...
Pour ces "particules"-là, il y a correspondance entre capacité à être dévié par un champ de pesanteur (et courber l'espace-temps) et fréquence du phénomène :
mc2 = hf
donc il y a un facteur de proportionnalité constant (h/c2 ou l'inverse) entre la masse et la fréquence... ça aussi c'est un truc que j'ai réalisé hier et qui m'enthousiasme

[spi100]

Non. E=hf n'est pas valable pour une onde sonore. Il y a une énergie, mais elle fait entrer en jeu les caractéristiques du matériau qui vibre.

Ben si c'est juste pour une onde sonore, plutot un phonon dans ce cas, c'est même toujours vrai, quelquesoit les quantas que tu considères.

Ce qui est faux c'est de dire qu'en général , la relation entre fréquence et vecteur d'onde dépend effectivement du milieu et la proportionnalité n'est vrai que dans le vide ou dans les milieux linéaires et isotropes.

L'energie de l'onde va dépendre de la densité de quanta présente dans le système ,
et c'est la densité qui peut dépendre du mileu et des conditions aux limites.

[invité576543]

Ben si c'est juste pour une onde sonore, plutot un phonon dans ce cas, c'est même toujours vrai, quelquesoit les quantas que tu considères.

Ce qui est faux c'est de dire qu'en général , la relation entre fréquence et vecteur d'onde dépend effectivement du milieu et la proportionnalité n'est vrai que dans le vide ou dans les milieux linéaires et isotropes.

L'energie de l'onde va dépendre de la densité de quanta présente dans le système ,
et c'est la densité qui peut dépendre du mileu et des conditions aux limites.

SI je comprends bien, tu dis que toute onde est quantifiée. Le sens que je mets à cela est que les échanges d'énergie entre l'onde sonore et autre chose sont des multiples de hf. C'est cela?

Cordialement,

[invitea29d1598]

Discussion initiale scindée en 3. Merci la prochaine fois de
- ne pas lancer 3 sujets différents dans le même fil
- choisir un titre plus explicite...

Pour la modération,

[spi100]

SI je comprends bien, tu dis que toute onde est quantifiée. Le sens que je mets à cela est que les échanges d'énergie entre l'onde sonore et autre chose sont des multiples de hf. C'est cela?

Cordialement,

Oui, c'est bien ça. Une onde se propageant dans un champ donnée, est une superposition des excitations élémentaires de ce champ (les quantas).

[invite6efd23ca]

Il y a donc, pour l'onde sonore aussi, un facteur de proportionnalité h/c2 entre la fréquence de l'onde (la hauteur de la note) et la manière dont elle réagit à la courbure de l'espace-temps. Un son aigü serait donc plus attiré par la Terre qu'un son grave...
?

[invité576543]

Un son aigü serait donc plus attiré par la Terre qu'un son grave...
?

Si on veut. Mais c'est alors d'un phonon dont tu parles. Pour un son, c'est l'énergie totale qui compte, et c'est indépendant de la quantification.

Cordialement,

[spi100]

Il y a donc, pour l'onde sonore aussi, un facteur de proportionnalité h/c2 entre la fréquence de l'onde (la hauteur de la note) et la manière dont elle réagit à la courbure de l'espace-temps. Un son aigü serait donc plus attiré par la Terre qu'un son grave...
?

Là je sais pas trop. Ta façon de voir me déconcerte un peu. Le principe d'équivalence masse-énergie ne permet de dire qu'à toute forme d'énergie tu dois associer une masse, il exprime seulement que c'est possible et les conditions dépendent de la situation. Tu peux par exemple avoir matérialisation d'une paire electron-positron dans le vide, mais il faut un champ electrique suffisament fort.

Plutot que d'associer une masse, je réecrirais les equations de propagation de l'onde dans un référentiel quelconque en remplacant les dérivées partielles par les dérivées covariantes correspondantes afin de tenir compte de la courbure espace-temps.
C'est cette façon de faire qui permet par exemple de comprendre qu'un photon suit les géodésiques de l'espace-temps bien que sa masse soit nulle, d'ailleurs la trajectoire suivie par le photon ne dépend pas de sa fréquence.

[invite6efd23ca]

Si on veut. Mais c'est alors d'un phonon dont tu parles. Pour un son, c'est l'énergie totale qui compte, et c'est indépendant de la quantification.

Un phonon n'est-il pas un son aussi ? Un photon, même s'il est quantifié, reste de la lumière, non ?
En fait, pour moi ça ne change pas grand chose qu'il s'agisse du phonon ou de l'onde sonore : quand on dit que la lumière est déviée par la masse du soleil, on ne se soucie pas de savoir si, si on faisait une mesure, la lumière nous apparaitrait sous forme de grains ou d'onde. Pour moi, c'est le "quanton" (=objet qui présente parfois l'aspect d'une particule, parfois celui d'une onde selon l'expérience, pour reprendre le terme de Balibar et Lévy-leblond) de lumière qui est dévié. De la même manière, le quanton de son devrait subir le même sort.

[spi100]

Un phonon n'est-il pas un son aussi ? Un photon, même s'il est quantifié, reste de la lumière, non ?
En fait, pour moi ça ne change pas grand chose qu'il s'agisse du phonon ou de l'onde sonore : quand on dit que la lumière est déviée par la masse du soleil, on ne se soucie pas de savoir si, si on faisait une mesure, la lumière nous apparaitrait sous forme de grains ou d'onde. Pour moi, c'est le "quanton" (=objet qui présente parfois l'aspect d'une particule, parfois celui d'une onde selon l'expérience, pour reprendre le terme de Balibar et Lévy-leblond) de lumière qui est dévié. De la même manière, le quanton de son devrait subir le même sort.

Oui, mais ce n'est pas parce qu'on leur associe une masse, mais parce qu'ils suivent les géodésiques de l'espace - temps. Conceptuellement, c'est très différent.

[invite6efd23ca]

Oui mais l'effet est bien le même, non ? La lumière voit sa trajectoire modifiée par la présence d'une déformation de l'espace-temps, même si elle n'a pas de masse, du fait de son énergie. Le son pourrait-il faire de même ?
Ah ben je viens de me souvenir d'une autre question !!! Je la pose tout de suite car elle a un rapport direct avec ce fil : Si j'envoie 2 faisceaux laser, parallèlement mais dans des sens opposés (un peu comme 2 métros qui se croisent, lancés sur 2 rails parallèles). Lorsqu'ils vont se "frôler", chacun devra ressentir la courbure de l'espace-temps que crée l'autre du fait de son énergie, et les 2 faisceaux seront déviés l'un vers l'autre (même si c'est du microième de...). Enfin c'est ce que je pense.

[invite6efd23ca]

d'ailleurs la trajectoire suivie par le photon ne dépend pas de sa fréquence.

Arf, j'aurais pensé le contraire.
En même temps, plus un photon va vite, plus il est difficile de le faire dévier, mais plus il va vite plus son équivalent masse est grand et donc il va avoir tendance à être dévié par le soleil. C'est vraiment dit avec les mains, mais en gros, est-ce qu'il n'y a pas une sorte d'effet de compensation ?

[invite687e0d2b]

quelq'un pourrait-il m'expliquer l'équation E=hf?
merci

[spi100]

Arf, j'aurais pensé le contraire.
En même temps, plus un photon va vite, plus il est difficile de le faire dévier, mais plus il va vite plus son équivalent masse est grand et donc il va avoir tendance à être dévié par le soleil. C'est vraiment dit avec les mains, mais en gros, est-ce qu'il n'y a pas une sorte d'effet de compensation ?

Dans le vide le photon ne va pas plus ou moins vite mais toujours à la vitesse c.
AMHA il vaut mieux abondonner les notions de forces et de masse : le photon décrit les géodésiques de l'espace-temps à la vitesse c, quelques soient ses caractéristiques.

[invite09c180f9]

Désolée par avance pour la longueur de mon post. Voici mes 3 questions :

1) E=mc2 et E=hf sont-elles valables pour tout ? Par exemple, ai-je le droit de dire qu'une note de musique (un la à 440 Hz, mettons) ait une énergie associée hf ?
Dans le cas de E=mc2, si l'énergie interne entre dans les types d'énergie, ai-je bien le droit de dire qu'une casserole d'eau chaude courbe plus l'espace-temps (et est + attirée par un champ de pesanteur) qu'une casserole d'eau froide ?

Dans le cas où l'onde sonore véhicule bien une énergie (même si elle n'est pas égale à hf) et que j'ai le droit de dire qu'il y a correspondance entre énergie et masse, alors... un son devrait être dévié par une masse (et courber également l'espace-temps).

*** Discussion scindée***

Voilà, je vous remercie par avance de réagir sur 1, 2 ou même les 3 questions si vous êtes inspirés.

Il faut savoir qu'un son correspond à une variation de pression, on peut caractériser son déplacement par une onde acoustique (longitudinale) .
Si tu veux étudier une variation du son regarde l'effet Doppler-Fizeau (mais qui n'a rien à voir avec les masses cependant !!).

[invite6efd23ca]

Dans le vide le photon ne va pas plus ou moins vite mais toujours à la vitesse c.

Oui c'est vrai, j'ai du m'embrouiller quand j'ai écrit ça. En fait je voulais plutôt parler de n'importe quoi d'autre dont on peut faire varier la vitesse, mettons un électron. Plus il va vite plus son énergie augmente et plus il est dévié, mais plus il va vite plus il est difficile à mettre en mouvement, donc ça peut sembler être 2 effets opposés qui se compensent.
Pour le photon j'aurais du parler de fréquence : plus sa fréquence est élevée plus il doit être dévié, mais plus la fréquence est élevée plus son énergie est grande et donc il est difficile à mettre en mouvement.

[spi100]

Pour le photon j'aurais du parler de fréquence : plus sa fréquence est élevée plus il doit être dévié, mais plus la fréquence est élevée plus son énergie est grande et donc il est difficile à mettre en mouvement.

Je ne crois pas justement. Il me semble qu'il décrit une géodésique et tjs la même quelque soit la fréquence. De plus experts que moi pourraient nous dire si c'est le cas ou non.

[invite6efd23ca]

Si tu veux étudier une variation du son regarde l'effet Doppler-Fizeau (mais qui n'a rien à voir avec les masses cependant !!).

Ben oui mais justement, je m'intéressais à un effet en rapport avec "l'équivalent masse" de mon onde sonore.

[invite09c180f9]

Un photon dans le vide se "déplace" à une vitesse égale à c=299792458m/s, et sa vitesse y est invariante !!
La RG prédit en effet qu'une masse déforme la géométrie de l'espace-temps en le courbant ; ainsi, un photon passant à proximité d'un astre s'en trouve d'autant plus dévié que l'astre est massif, dû au fait que notre particule suit une géodésique (qui n'est plus la ligne droite en espace courbe, ou de riemman) !! Même si c'est un photon gamma sa déviation sera la même !! Il suffit de regarder la formule qui exprime l'angle de déviation d'un photon passant près d'un astre :

[invite6efd23ca]

Je ne crois pas justement. Il me semble qu'il décrit une géodésique et tjs la même quelque soit la fréquence. De plus experts que moi pourraient nous dire si c'est le cas ou non.

Oui, c'est ce qui a été dit plus haut. Et c'est que j'ai voulu dire dans le passage que tu as cité, mais je me suis sûrement très mal exprimée :
Si un photon a une plus grande fréquence, il a une plus grande énergie donc je serai tentée de dire qu'il est plus dévié, MAIS comme il a une plus grande énergie ça veut aussi dire qu'il est plus difficile à mettre en mouvement. Donc il se peut que les 2 effets "s'annulent" et que tous les photons soient déviés de la même façon quelle que soit leur fréquence.

Mais en fait je me demande si finalement la déviation d'un objet n'est pas complètement indépendante de son énergie (et de sa masse) : tous les objets suivent tout simplement la courbure d'espace-temps et sont déviés de la même façon (et ce indépendamment de l'objet, de sa masse, de son énergie).

[invite09c180f9]

Ben oui mais justement, je m'intéressais à un effet en rapport avec "l'équivalent masse" de mon onde sonore.

Mais le son ne correspond pas à une propagation d'une particule physique comme telle ; le son correspond à une variation de pression, à une pertubation des molécules d'air, qui peut-être associée à une propagation d'une onde acoustique !!

[invite6efd23ca]

Il suffit de regarder la formule qui exprime l'angle de déviation d'un photon passant près d'un astre :

Cette formule est-elle valable uniquement pour un photon ?
Qu'est-ce que G ? (pas le même G que Newton, si ?) Et M ?

[invite09c180f9]

Cette formule est-elle valable uniquement pour un photon ?
Qu'est-ce que G ? (pas le même G que Newton, si ?) Et M ?

Cette formule s'associe à un photon puisque l'on considère la vitesse c !! Maintenant G correspond effectivement à la cstte gravitationnelle G=6.676*10^-11 SI et M correspond à la masse de ton astre déflecteur (le Soleil par exemple de masse M=1.989*10^30 kg) !!

[invite6efd23ca]

Mais le son ne correspond pas à une propagation d'une particule physique comme telle

Si, on peut le voir comme ça. La particule associée est le phonon.

le son correspond à une variation de pression, à une pertubation des molécules d'air, qui peut-être associée à une propagation d'une onde acoustique !!

Oui, le son est une onde de pression.
La lumière est une onde électromagnétique et ça ne l'empêche pas d'avoir également une particule associée.

[invite6efd23ca]

Cette formule s'associe à un photon puisque l'on considère la vitesse c !!

Le fait qu'il y ait c dans la formule ne signifie pas pour moi que cette dernière ne s'applique qu'à un photon. Est-ce que tu veux dire que si je remplace c par la vitesse v d'un objet massif passant à proximité j'obtiendrai de la même manière la déviation de l'objet ?