Interprétation force optique

[tpscience]

Bonjour à tous,

Je viens de lire un article que je joins (en pièce jointe). Il y a une subtilité que je ne saisi pas très bien sur le calcul de la force de pression de radiation s'exerçant sur la sphère. L'auteur précise que la force totale longitudinale est due aux contributions des forces liées à la réflexion, la réfraction et l'absorption du rayon à l'interface. Jusque là pas de problème, car on considère la conservation de la quantité de mouvement liée aux photons, et induisant donc une force. Or, il précise ensuite qu'il considère la sphère comme non absorbante, alors comment se fait-il qu'il prenne toujours en compte la partie liée à l'absorption. Je comprend qu'il y ait un phénomène à considérer lié au faisceau incident, mais ce n'est pas de l'absorption. Comment interpréter pour le coup cela ?

Merci pour vos lumières.

Pièce jointe supprimée
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[JPL]

Il est plus que probable que cet article n'est pas libre de droits et qu'en conséquence il ne peut pas être reproduit ici. Seules de courtes citations sont autorisées dans ce cas.

[tpscience]

Je comprend, mais je l'ai pourtant trouvé sur le net en accès libre...! Sans accès particulier.

[JPL]

Oui, mais l'as-tu trouvé sur le site de la revue ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[tpscience]

Lorsque l'on cherche l'article sur un moteur de recherche on tombe directement sur le pdf sans passer préalablement sur un site hôte.
En regardant l'adresse il semblerait qu'il soit stocké simplement sur une librairie en ligne...

[invite8241b23e]

Salut !

Alors mets plutôt un lien vers l'article au lieu de mettre l'article !

[tpscience]

Ok,

Donc voici le lien pdf en accès libre : http://onlinelibrary.wiley.com/doi/1....990120603/pdf

En espérant que cette fois ce sera bon

Merci encore

[tpscience]

Pour ceux qui n'auraient pas le temps, ou l'envie d'ailleurs, de lire tout l'article, la question soulevée se réfère essentiellement à la page 2...

[invite0bbfd30c]

L'auteur précise que la force totale longitudinale est due aux contributions des forces liées à la réflexion, la réfraction et l'absorption du rayon à l'interface. Jusque là pas de problème, car on considère la conservation de la quantité de mouvement liée aux photons, et induisant donc une force. Or, il précise ensuite qu'il considère la sphère comme non absorbante, alors comment se fait-il qu'il prenne toujours en compte la partie liée à l'absorption. Je comprend qu'il y ait un phénomène à considérer lié au faisceau incident, mais ce n'est pas de l'absorption. Comment interpréter pour le coup cela ?

C'est uniquement une question de "vocabulaire". Il emploie le mot "absorption" alors que tu préférerais le mot "incident" (moi aussi, car c'est plus logique). Par exemple si on considère une région d'espace vide, avec sa notation on a , ainsi que , et la force totale sur cette région d'espace vide est bien évidemment nulle (et il n'y a aucune absorption en jeu, même si selon sa convention/notation).

[tpscience]

Bonjour,

Merci pour ta réponse, en effet c'est bien ce que je supposais, mais...

En revanche, je comprend que l'on ne perde pas d'énergie à la traversée de la sphère, puisqu'on la considère comme non absorbante, mais qu'est-ce-qui nous dit que la force liée à la première transmission est égale en norme à ?
Et identiquement, pour les forces et liées aux multiples réflexions dans la sphère ?

Merci encore.

[invite0bbfd30c]

qu'est-ce-qui nous dit que la force liée à la première transmission est égale en norme à ?

Il s'agit du même faisceau dans la sphère/boule. Ce faisceau a été transmis à travers la première surface, et est ensuite incident au niveau de la "deuxième" surface. Il n'est pas atténué puisque le milieu est supposé sans pertes, donc il y a égalité au signe près. Idem pour ta question suivante... c'est tout simple

[tpscience]

Ok, tout simplement.
Donc on peut justifier cela par simple conservation de l'énergie (quantité de mouvement).

[tpscience]

Je me pose encore une petite question.

La force liée au rayon incident est traduite par quel phénomène ?
Car la deuxième loi de Newton nous dit qu'une force résulte d'une VARIATION de quantité de mouvement, or pour le rayon réfléchi nous constatons une variation entre le rayon incident et celui réfléchi, idem pour celui transmis, mais il n'y a pas de variation entre le rayon incident et lui-même, en soi.
Faut-il l'interpréter comme une "disparition" de la partie incidente après impact, qui s'ajouterait aux deux autres contributions (réflexion et réfraction) ? Ainsi nous avons bien une variation induite.

Merci encore !

[invite0bbfd30c]

La force liée au rayon incident est traduite par quel phénomène ?

Dans ce problème, la lumière exerce une force sur la boule diélectrique à chaque fois qu'elle atteint sa surface (où elle est partiellement réfléchie et partiellement transmise), elle n'en exerce pas lors de sa propagation puisque la boule est supposée non absorbante. À chaque point où le rayon considéré est réfléchi/transmis, le bilan des forces peut être fait à partir d'un bilan en (flux de) quantité de mouvement (pour bien comprendre, écris un bilan en flux de quantité de mouvement de la lumière, avant de récrire ce bilan en termes de forces comme l'auteur le fait). C'est pour cela que l'auteur utilise la notation (et autres ), qui correspond à la force qui serait exercée par la lumière incidente sur un objet parfaitement absorbant, alors même que cette force est physiquement absente du problème. La notation qu'il utilise n'est certainement pas très heureuse et peut induire en erreur. On pourrait écrire à la place de quelque chose comme (flux de quantité de mouvement incident), sans faire mention d'une force qui n'existe pas physiquement dans ce problème.

[tpscience]

Je comprend tout à fait cela, donc la force liée à l'"absorption" n'a rien à faire comme telle dans ce problème. La quantité de mouvement incidente apparaît déjà à travers les forces liées à la réflexion et la transmission par variation (pour la réflexion), et idem pour la contribution en transmission. Donc est liée à et est liée à (ce bilan étant fait sur la première interface, soit la face d'entrée de la sphère).
Maintenant, ce qui me gène toujours plus ou moins est qu'il tient compte de ces forces sur le bilan total de la force appliquée à la sphère, puisqu'il soustrait à justement cette force , et ainsi de suite sur les multiples réflexions et transmissions dans la sphère.

Désolé si tout cela est évident mais les subtilités semblent m'échapper...

Merci encore !

[tpscience]

Une autre petite question me taraude l'esprit...encore une...

Je ne comprend pas trop l'orientation des vecteurs forces. Je m'explique, la force résulte d'une variation de quantité de mouvement, donc la résultante liée à la première réflexion, par exemple, serait le vecteur de même norme, de même direction et de sens opposé au vecteur correspondant à la différence entre la quantité de mouvement liée au rayon incident et celle liée au rayon réfracté. Or, ici, la force est simplement dirigée dans la direction liée à chacun des rayons à chaque interface...?

Merci encore pour vos éclaircissements !

[tpscience]

Petit up en espérant une illumination !
Une petite idée, remarque, reproche, quelconque contribution...

Merci encore !

[invite0bbfd30c]

Je ne comprend pas trop l'orientation des vecteurs forces. Je m'explique, la force résulte d'une variation de quantité de mouvement, donc la résultante liée à la première réflexion, par exemple, serait le vecteur de même norme, de même direction et de sens opposé au vecteur correspondant à la différence entre la quantité de mouvement liée au rayon incident et celle liée au rayon réfracté. Or, ici, la force est simplement dirigée dans la direction liée à chacun des rayons à chaque interface...?

C'est le même problème que ce que tu as mentionné au-dessus, et je suis d'accord avec toi. L'auteur "confond" dans sa notation force et flux de quantité de mouvement, ce qui induit en erreur. Tu peux récrire l'article en remplaçant ses "forces" par des flux de quantité de mouvement. Le résultat global est bien sûr inchangé, puisque la force résultante sur la boule est bien la différence de flux de quantité de mouvement entre la lumière incidente et réfléchie (globalement).

Une petite analogie (très directe): des boules de billard sont envoyées à la queue leu leu à 45° contre une bande du billard, où elles rebondissent. L'auteur de l'article dirait que ces boules ont une "force incidente" et une "force après réflexion", alors que ces forces n'existent pas. Mais il arriverait à une expression correcte pour la force (moyenne) exercée sur la bande du billard. En bref, il vaut mieux raisonner sur les flux de quantité de mouvement, même si le résultat auquel il parvient est correct.

[tpscience]

Bonjour et encore merci de tes réponses,

Ce qui est aberrant dans tout ça est que ce raisonnement est issu d'un article plus ancien, et que depuis il a été repris comme tel dans un bon nombre d'articles, avec les mêmes notations !

Ceci dit, un flux de quantité de mouvement n'est-il pas égal à la variation de quantité de mouvement par unité de temps et pondéré par un nombre de photons ? Ce qui semble revenir à l'expression de la force élémentaire...