Photon et quantité de mouvement

[Josquin]

Coucou tout le monde.

Voilà, c'est un sujet de concours un peu fou, qui parle de laser qui permet de sustenter une boule métallique polie en rebondissant dessus. Alors, comme le photon a une quantité de mouvement p = h*nu/c (je crois) et qu'il rebondit sur la boule, si le rayonnement est assez intense, ça crée une force qui peut maintenir la boule en lévitation. Mais si on augmente l'intensité du rayonnement, la boule monte et la force travaille... Donc les photons perdent de l'énergie : leur fréquence varie ! Donc pour faire du rouge avec du jaune, il faut envoyer un rayon sur un miroir qui est sur des roulettes et si le miroir se déplace, le rayon réfléchi tire plus sur le rouge... Non, je délire, mais il y a de ça, non ? En tout cas mon prof de physique était perplexe... et vous ?

Moi il y a une chose qui me dérange quand même. C'est que si on augmente l'intensité du rayonnement, c'est pour que plus de photons cognent sur la boule. On augmente le débit, quoi. Mais si on considère un photon isolé, dans le cas où la boule est en équilibre, il repart avec la même énergie, donc la même fréquence. Mais dans le cas où on a augmenté l'intensité, le même photon devrait dans ce cas là perdre de l'énergie ? et pourquoi ? ses copains ne lui ont rien dit pourtant ! Il est isolé, tout seul, a priori sans interaction avec l'extérieur (à part quand il touche la boule. Mais là, le choc se fait de la même facon que dans le cas précédent). Alors pourquoi ce photon-là que l'on considère aurait un comportement différent selon si on a une forte ou une faible intensité ? On peut faire ce raisonnement pour tous les photons du faisceau... Est-ce que je suis clair...? Sinon, demandez-moi des précisions !

Merci !

Josquin

Josquin
-----

[Coincoin]

Salut,
Exercer une force ne pose pas de problème. C'est quand ça commence à bouger que ça fait des choses bizarres (car la puissance mécanique c'est la force fois la vitesse).
Donc ton petit photon (qui regarde pas ses potes) arrive, dans la deuxième situation, sur une surface en mouvement. Il est donc réfléchi, mais avec un effet Doppler ! D'où le changement de fréquence !

C'est magique la physique...

[Josquin]

Ouioui, on est d'accord, tant que la force ne travaille pas, pas de problème.

L'effet Doppler, c'est bien le coup des sirènes de pompiers qui changent de fréqence selon si le camion vient vers nous ou s'éloigne ? Donc c'est une histoire de vitesse relative.

Mais je comprends pas... Einstein ne nous a pas dit que le photon allait toujours à la même vitesse c dans tous les référentiels ? Parce que, pour reprendre notre petit photon isolé, il va à la vitesse c par rapport à la boule, qu'elle soit mobile ou non dans le reférentiel terrestre... ou alors j'ai rien compris à la relativité (ce qui est tout à fait envisageable pour le pauvre petit biologiste que je suis)...

Josquin

[Coincoin]

L'effet Doppler te dit que la fréquence dépend du référentiel. Tu peux faire ça en classique (par exemple pour ton ambulance) ou en relativiste. Au premier ordre, c'est la même chose.

En restant classique, si tu envoies une onde de fréquence f sur ta bille, dans le référentiel de la bille elle aura une fréquence (1-v/c)f. Elle va réflechir cette onde à la fréquence (1-v/c)f, et dans le référentiel du labo, tu vas voir une onde de fréquence (1-v/c)² f.
La fréquence de l'onde a diminué, les photons sont moins énergétiques.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Josquin]

oui, en mécanique classique ca me pose pas de problème. Mais justement, en mécanique relativiste ?

[Coincoin]

Tant que ta bille va à une vitesse faible devant la vitesse de la lumière, ce que j'ai dit est bon.
Prendre en compte les effets relativistes ne fera que rajouter des termes correctifs d'ordre supérieur.

Ces effets, dus à l'invariance de c, sont la contraction des longueurs et des temps.

[Coincoin]

Bon, à y réfléchir, c'est vrai qu'en méca classique, y a des trucs louches étant donné qu'il faudrait savoir la vitesse de la lumière dans chaque référentiel, et que dire qu'elle est invariante n'est pas cohérent avec la mécanique galiléenne (si on pose c invariant et qu'on mouline un peu, on trouve la relativité restreinte d'ailleurs). Je te renvoies donc sur la page de Wikipedia qui explique un peu tout ça : http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Doppler-Fizeau

[Josquin]

Merci, je vais me potasser tout ca...