Interpreter le magnétisme, forces de coriolis

[invite939f7c06]

Bonjour,

Je suis élève en MP et j'ai beaucoup de mal à "accepter" le magnétisme. J'ai aucun mal à admettre les expressions des forces gravitationnelles et électriques en régime statique mais je n'arrive pas à me satisfaire du simple fait de dire qu'un point matériel de charge soumis à un champ magnétique subit la force .
J'ai conscience qu'à mon niveau je n'ai sans doute pas les outils et les connaissances nécessaires pour comprendre le magnétisme mais j'aimerais tout de même pouvoir "sentir" le phénomène.

En révisant mon cours sur les changements de référentiels j'ai remarqué d'étonnantes similarités entre la force de Lorentz et la force de Coriolis:

• Les deux interviennent dans un cadre où il y a des "mouvements relatifs" entre les objets
• Les deux forces ne travaillent pas à cause des termes
• Mais surtout les expressions se ressemblent énormément:
  
  

J'ai donc essayé de calculer le champ électrique exercé par une charge en mouvement sur une autre charge en mouvement en utilisant mon cours sur les changements de référentiels. Cependant face à la lourdeur des calculs et ne sachant pas comment traiter les masses qui interviennent dans les forces d'inertie mais pas dans la force de Lorentz j'ai abandonné ces calculs.

Par ailleurs il me semble avoir entendu mon prof parler de changements de référentiels lorsque il nous a introduit le magnétisme mais j'étais trop en retard dans le cours pour apprécier ses explications.

Mes questions sont donc:

• Le magnétisme peut-il s'expliquer entièrement par les pseudo-forces qui interviennent lors des changements de référentiels ?
• Si c'est le cas, considérons une spire parcourue par un courant. Au centre de la spire il apparait un champ magnétique uniforme qui semble en effet avoir la même direction que le vecteur rotation du référentiel lié aux particules par rapport au référentiel terrestre, mais comment expliquer ce qu'il se passe "loin" du centre de la spire ?
• Si il y a une analogie à faire entre ces deux forces; la masse intervenant dans la force Coriolis étant un terme de masse inerte et non de masse pesante peut-on alors expliquer le magnétisme comme une sorte d' "inertie" liée non pas à la masse mais à la charge ?

Une autre question pas directement en rapport avec le sujet: Existe t-il un équivalent du champ magnétique pour les forces gravitationnelles ?

Merci d'avance
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[calculair]

votre réflexion est interessante,

Je vous ferais remarquer que dans la physique il y a de nombreuse expressions qui se ressemblent

V = R I n'est pas focement la lo d'Ohm mais PFD en effet si V représente la force , R la masse et I l'accélération.

Vous avez raison cependant de vous interroger sur ces ressemblances.

[phys4]

Par ailleurs il me semble avoir entendu mon prof parler de changements de référentiels lorsque il nous a introduit le magnétisme mais j'étais trop en retard dans le cours pour apprécier ses explications.

Si il y a une analogie à faire entre ces deux forces; la masse intervenant dans la force Coriolis étant un terme de masse inerte et non de masse pesante peut-on alors expliquer le magnétisme comme une sorte d' "inertie" liée non pas à la masse mais à la charge ?

Une autre question pas directement en rapport avec le sujet: Existe t-il un équivalent du champ magnétique pour les forces gravitationnelles ?

Pour la transformation de Lorentz, les champs électrique et magnétique ne sont pas indépendants, mais sont les composantes d'un même tenseur.

Le changement de référentiel permet d'annuler le champ magnétique ( ou le champ électrique), donc le champ magnétique peut être considéré comme l'équivalent d'une force de Coriolis.

L'effet existe aussi pour le champ gravitationnel : entrainement en rotation près d'une masse en rotation. L'effet a été mesuré au niveau de la Terre, malgré sa faible masse et sa rotation lente.

[andretou]

Bonjour Milkamilka
Je ne suis malheureusement pas capable de t'apporter de réponses, mais je trouve également que la similarité des formules de forces qui n'ont a priori aucun rapport entre elles est une question plus qu'intéressante. C'est un sujet qui mérite certainement d'être développé.

Autre exemple (en plus des forces de Lorentz et de Coriolis ou de Ohm et du principe fondamental de la dynamique) : les forces de gravitation et électrostatique.

[A voir en vidéo sur Futura]

[andretou]

J'ajoute qu'il est d'ailleurs étonnant que, malgré la similitude de ces expressions, nous ne parvenions pas à unifier la théorie de la gravitation et l'électromagnétisme. Voici peut-être un authentique paradoxe de la physique ?

[jacknicklaus]

[...] nous ne parvenions pas à unifier la théorie de la gravitation et l'électromagnétisme.

qu'est ce qui vous fait dire celà ?

l'électromagnétisme, en tant que version simplifiée de l'électrodynamique quantique, n'a aucun problème avec la RG.

Tant qu'on n'intègre pas les effets purement quantiques, naturellement.

[andretou]

qu'est ce qui vous fait dire celà ?

Parce qu'on a réussi à unifier l'électromagnétisme avec les interactions faible et forte au sein du modèle standard de la physique des particules, mais pas la gravitation...

https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9orie_du_tout
Le nom de théorie du tout désigne une théorie physique susceptible de décrire de manière cohérente et unifiée l'ensemble des interactions fondamentales. Une telle théorie n'a pas été découverte à l'heure actuelle, principalement en raison de l'impossibilité de trouver une description de la gravitation qui soit compatible avec le modèle standard de la physique des particules, qui est le cadre théorique utilisé pour la description des trois autres interactions connues (électromagnétisme, interaction faible et interaction forte).

[jacknicklaus]

1)

Parce qu'on a réussi à unifier l'électromagnétisme avec les interactions faible et forte au sein du modèle standard de la physique des particules, mais pas la gravitation...

oui. mais ma remarque est relative à votre phrase :

2)

nous ne parvenions pas à unifier la théorie de la gravitation et l'électromagnétisme.

ca n'est pas du tout la même chose. Dans 1), quantique à tout va; Dans 2) pas de quantique.

[albanxiii]

Bonjour,

[*]Le magnétisme peut-il s'expliquer entièrement par les pseudo-forces qui interviennent lors des changements de référentiels ?

Quand on étudie l'électromagnétisme dans le cadre de la relativité restreinte, les champs électriques et magnétiques sont liés et apparaissent sous la forme d'un seul objet (tenseur de champ électromagnétique).
Dit autrement, un champ électrique seul dans un référentiel (inertiel) peut apparaître comme la combinaison d'un champ électrique et d'un champ magnétique dans un autre référentiel en mouvement de translation uniforme par rapport au premier.

Je ne détaille pas plus, cela serait l'objet d'un cours complet de théorie des champs classique. Cours que vous pouvez trouver ici : http://www.imnc.univ-paris7.fr/alain/ au paragraphe "Théorie classique des champs", avec quelques exercices corrigés ici http://www.imnc.univ-paris7.fr/alain...C1998.TD09.pdf

Une autre question pas directement en rapport avec le sujet: Existe t-il un équivalent du champ magnétique pour les forces gravitationnelles ?

Faites une recherche sur le terme gravitomagnétisme, on en a déjà pas mal parlé ici (et ailleurs).

[stefjm]

• Les deux interviennent dans un cadre où il y a des "mouvements relatifs" entre les objets
• Les deux forces ne travaillent pas à cause des termes
• Mais surtout les expressions se ressemblent énormément:
  
  

C'est très bien vu.
B et w sont des pseudo-vecteurs qui dépendent d'une orientation arbitraire du trièdre pour calculer le produit vectoriel.
Voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Pseudovecteur si vous ne voulez pas tout de suite utiliser les tenseurs.

[stefjm]

J'ajoute qu'il est d'ailleurs étonnant que, malgré la similitude de ces expressions, nous ne parvenions pas à unifier la théorie de la gravitation et l'électromagnétisme. Voici peut-être un authentique paradoxe de la physique ?

Il y a quand même une difficulté d'ordre de grandeur entre les deux coefficients de couplage : 1/137 pour électromagnétisme et 10^-39 pour la gravitation (quand on exprime toute les constantes sans dimension en utilisant le produit hbar.c )

[invitef57fb80c]

Bonjour à tous,

La question de Milkamilka est très intéressante. Je m’étais également posé une question similaire lorsque j’étais en prépa.

Il existe en effet des analogies formelles étonnantes entre la force de Coriolis et la force magnétique de Lorentz, ou entre le vecteur rotation et le champ magnétique.

Par exemple, le vecteur rotation peut se construire à partir d’un vecteur vitesse sous la forme :
Capture.PNG


Et le champ magnétique dérive d’un potentiel vecteur magnétique sous la forme :
Capture2.PNG

On trouve aussi la relation de Larmor, qui relie dans certains cas vecteur rotation et champ magnétique.

Ces ressemblances s’inscrivent plus largement dans celles entre l’électromagnétisme et la mécanique (ou la gravitation si l’on préfère).

Cela fait partie des mystères actuels de la Physique, qu’il faut tenter d’élucider.

Pour ceux qui sont intéressés pas ce genre d’analogies, j’ai écrit un essai spéculatif composé de 6 mémoires, que l’on peut télécharger à l’adresse suivante :
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal...922v5/document


Dans le 2ème mémoire, j’ai listé sans prétention d’exhaustivité les ressemblances entre l’électromagnétisme et la gravitation.
Dans le 5ème mémoire, je propose quelques pistes pour expliquer les ressemblances entre électromagnétisme et gravitation.

N’hésitez pas à me faire part de vos remarques et de vos réflexions.

Bien cordialement,

Tomadela

[curiossss]

N’hésitez pas à me faire part de vos remarques et de vos réflexions.

Bonjour,

On ne peut pas vous faire part de nos remarques et réflexions en message privé, c'est bloqué.

Mémoires intéressants à lire même pour ceux qui ne partagent pas tous vos points de vue

Cordialement.