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Pression radiative et conservation de l'énergie



  1. #1
    fonfred

    Pression radiative et conservation de l'énergie


    ------

    Bonsoir:
    Je fais référence au radiomètre de Crookes même si au final il ne marchait pas.
    Avec la mauvaise analogie de petites billes qui frappent une surface il y a conservation de la quantité de mouvement (si la surface recule alors la bille perd une partie de sa quantité de mouvement).
    Mais dans le cas de l'interaction matière rayonnement comme ça se passe ? la lumière ne peut pas aller moins vite.. changement de longueur d'onde ?
    Merci.

    -----

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  3. #2
    gts2

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    "la bille perd une partie de sa quantité de mouvement" uniquement si la surface est mobile, sinon elle garde sa quantité de mouvement (en norme)

    Et c'est la même chose pour la lumière (avec un peu de chance avec une surface mobile, on doit pouvoir retrouver l'effet Doppler (je n'ai pas essayé) et il y a en effet changement de longueur d'onde).

    Autrement dit, il ne faut pas oublier que la quantité de mouvement est un vecteur, si la bille arrive avec et repart avec , elle a communiqué à la surface.

  4. #3
    Amanuensis

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    Citation Envoyé par fonfred Voir le message
    Mais dans le cas de l'interaction matière rayonnement comme ça se passe ? la lumière ne peut pas aller moins vite.. changement de longueur d'onde ?
    Prendre le référentiel tel que la surface impactée est de vitesse nulle. Pour un miroir parfait et un impact perpendiculaire, la q.m. de la lumière incidente étant p, elle "repart" avec une q.m de -p. A la surface a été communiqué 2p, comme indiqué dans le message précédent. Pas de changement de longueur d'onde relativement à ce référentiel. L'analogie avec une bille est acceptable si on travaille dans ce référentiel.

    Maintenant si on prend le référentiel du radiomètre, faut appliquer la transformée de Lorentz (qui va naturellement conserver le module de la vitesse c), et on aura un changement de longueur d'onde (de fréquence) à cause du changement de direction.

    (Ne jamais oublier que la longueur d'onde n'est pas un attribut absolu de la lumière, mais est une grandeur relative au sens qui dépend du référentiel pris comme référence.)
    Dernière modification par Amanuensis ; 04/01/2020 à 06h40.
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

  5. #4
    fonfred

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    Bonsoir et merci. Oui je me disais bien qu'en restant sur le référentiel ou la surface est immobile, on retombait sur un cas simple. Mais vu que dans le vide la vitesse de la lumière et C quelques soit le référentiel (galiléen en tout cas) et que le radiomètre acquière de l'énergie il faut bien qu'elle soit perdue quelque part. Une augmentation de la longueur d'onde serait bien une perte d'énergie pour le photon.

  6. #5
    coussin

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    Le radiomètre gagne de la quantité de mouvement...
    Avez-vous compris les explications ci-dessus ? Lors d'un rebond parfaitement élastique d'une bille, il y a transfert de quantité de mouvement sans perte de vitesse (en norme) de la part de la bille.
    C'est la même chose pour un photon : celui-ci communique de la quantité de mouvement sans changement de sa fréquence.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    Amanuensis

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    Citation Envoyé par fonfred Voir le message
    Bonsoir et merci. Oui je me disais bien qu'en restant sur le référentiel ou la surface est immobile, on retombait sur un cas simple. Mais vu que dans le vide la vitesse de la lumière et C quelques soit le référentiel (galiléen en tout cas) et que le radiomètre acquière de l'énergie il faut bien qu'elle soit perdue quelque part. Une augmentation de la longueur d'onde serait bien une perte d'énergie pour le photon.
    Certes. Mais aucune réponse n'a contredit cela, si?

    (Se rappeler aussi que l'énergie cinétique est une grandeur relative, qui dépend du référentiel. La fréquence (la longueur d'onde, pareil) est tout aussi relative, cela donne un schéma cohérent. Où est le problème?)
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

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  10. #7
    Amanuensis

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    Citation Envoyé par coussin Voir le message
    celui-ci communique de la quantité de mouvement sans changement de sa fréquence.
    J'ai expliqué le contraire...
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

  11. #8
    gts2

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    Il ne faut pas oublier que tous les calculs supposent que la paroi est de masse infiniment grande par rapport à celle de la particule. Donc la stricte égalité suppose cette hypothèse. Donc il pourrait y avoir un changement de fréquence... Mais l'approximation est quand même robuste : la voile d'Ikaros (0,1 kg/m2) éclairée par le soleil (1kW/m2) pendant une seconde à partir de v=0 donne au bout d'une seconde (aux erreurs de calcul près) une énergie cinétique de J pour 1 m2 à comparer à l'énergie transportée par les photons de 1kJ, soit une "erreur" relative de .

    Considérer que la fréquence du photon réfléchi est égale à celle du photon incident parait quand même raisonnable.

  12. #9
    phys4

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    Citation Envoyé par gts2 Voir le message
    Considérer que la fréquence du photon réfléchi est égale à celle du photon incident parait quand même raisonnable.
    Le changement de fréquence est faible mais néanmoins utilisé dans les radars et lidars de contrôle de vitesse !
    Comprendre c'est être capable de faire.

  13. #10
    gts2

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    Cela c'est l'effet Doppler non en cause ici : on se place dans le référentiel où la paroi est initialement immobile.

  14. #11
    Amanuensis

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    Citation Envoyé par gts2 Voir le message
    Cela c'est l'effet Doppler non en cause ici : on se place dans le référentiel où la paroi est initialement immobile.
    Pas vraiment. La question de la conservation de l'énergie est posée clairement dans le référentiel galiléen où l'appareil est immobile et les ailettes ont un mouvement tournant. Utiliser le référentiel tangent d'immobilité de l'ailette est une astuce de calcul, qui ne répond pas directement à la question posée.

    In fine, c'est bien "l'effet Doppler" qui permet la comparaison avec les billes:

    1) en classique, la bille, l'énergie est conservée dans le tangent (la vitesse après choc est l'inverse d'avant le choc, donc 1/2 mv² = 1/2 mv'2, "conservation" de l'énergie), alors dans le référentiel d'étude on a 1/2 m (v0 - v)² différent de 1/2 m (v0 + v)² , la différence d'énergie étant le changement de vitesse de l'ailette dans ledit référentiel;

    2) pour la lumière le raisonnement ne s'applique pas tel quel, cause la conservation du module de la vitesse lors du changement de référentiel, et est remplacé par un changement des fréquences lors dudit changement de référentiel, et aboutit in fine au même "type" de constat sur les transferts d'énergie.

    Et présenté comme cela, il me semble que cela réponde effectivement la question posée. Le primo-posteur infirmera s'il ne le voit pas ainsi.

    Considérer que la fréquence du photon réfléchi est égale à celle du photon incident parait quand même raisonnable.
    Si le but était un calcul d'ingénieur, peut-être. Mais la question porte sur le "sens physique", et parler juste d'approximation est un très bon moyen pour passer à côté de la physique.
    Dernière modification par Amanuensis ; 05/01/2020 à 11h04.
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

  15. #12
    gts2

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    Citation Envoyé par Amanuensis Voir le message
    Le primo-posteur infirmera s'il ne le voit pas ainsi.
    Il y a en effet un problème d'interprétation/précision de la question.

    Citation Envoyé par Amanuensis Voir le message
    Si le but était un calcul d'ingénieur, peut-être. Mais la question porte sur le "sens physique", et parler juste d'approximation est un très bon moyen pour passer à côté de la physique.
    Oui, pourquoi pas, dans ce cas cela signifie que la lumière réfléchie par votre miroir de salle de bain n'a pas la même longueur d'onde que celle incidente.

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  17. #13
    Amanuensis

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    Citation Envoyé par gts2 Voir le message
    Oui, pourquoi pas, dans ce cas cela signifie que la lumière réfléchie par votre miroir de salle de bain n'a pas la même longueur d'onde que celle incidente.
    Je n'ai pas de miroir au plafond dans ma salle de bain.

    Et pour ceux au mur, ils sont bien fixés et ne se déplacent pas par rapport au mur.

    Bref, non.
    Dernière modification par Amanuensis ; 05/01/2020 à 12h09.
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

  18. #14
    Amanuensis

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    Et si cela révèle une pointe d'agacement, c'est correct.

    Surtout quand une autre discussion en cours soulève la question de l'état d'esprit dans ce forum.
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

  19. #15
    fonfred

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    Bonjour,
    Ma question était bien au sens physique. Je n'ai pas besoins de faire de calcul sur ces valeurs. Vos réponses particulièrement celles de Amanuensis me semblent clair. Merci.

  20. #16
    Youry

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    Bonjour,

    Légende urbaine ou pas ?
    J'affirme:

    Qu'avec l'explication de la quantité de mouvement, Le radiometre de Crookes devrait tourner dans "l'autre" sens.

    C'est plutot l'augmentation de temperature coté noir versus coté miroir, qui provoque une augmentation de pression (quasiment le vide mais pas tout à fait) et qui explique le sens de rotation du radiometre...

    (le noir est poussé par la lumière ! alors qu'avec l'explication du transfert de quantité de mouvement c'est le coté miroir qui devrait être poussé par la lumière).

    Avez-vous un radiometre de Crookes ? Dans quel sens tourne-t-il ???

  21. #17
    Resartus

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    Bonjour,
    Si cela a pu être une légende urbaine, elle est ancienne. D'après Wikipedia, le problème a été définitivement clarifié en 1879...
    En tout cas, dans mes études il y a bien longtemps, on m'avait déjà donné la bonne explication...

    Ce qui prouve que c'est bien lié à la température de l'air résiduel (notamment les convections froid vers chaud), c'est d'une part le sens de rotation, d'autre part le fait que l'effet s'annule pratiquement quand on pousse le vide...
    Dernière modification par Resartus ; 16/01/2020 à 11h48.
    Why, sometimes I've believed as many as six impossible things before breakfast

  22. #18
    mach3

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    On en avait déjà parler et de ce que je me souviens, tout dépend du point auquel l'air est raréfié dans le radiomètre.

    Dans le vide complet les surfaces blanches subissent une force plus forte que les surfaces noires. En effet, les blanches se prennent la pression de radiation + le recul de ce qu'elles émettent, alors que les noires ne se prennent que la pression de radiation.

    Dans le vide pas assez poussé, l'air raréfié s'échauffe plus au niveau des surfaces noires car celles-ci sont plus chaudes que les blanches, il s'en suit une pression d'air raréfié plus importante sur les faces noirs que sur les faces blanches.

    Il y a donc deux effets antagonistes, et pour une certaine pression interne le sens de rotation s'inverse.

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

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  24. #19
    mach3

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    Une explication détaillée, mais en anglais : http://math.ucr.edu/home/baez/physic...ight-mill.html

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

  25. #20
    XK150

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    Ou encore ici : https://en.wikipedia.org/wiki/Crookes_radiometer plus complet qu'en français .

  26. #21
    mach3

    Re : Pression radiative et conservation de l'énergie

    Citation Envoyé par mach3 Voir le message
    Une explication détaillée, mais en anglais : http://math.ucr.edu/home/baez/physic...ight-mill.html

    m@ch3
    et en la relisant, je me rends compte que je suis tombé dans le panneau, ceci :

    Citation Envoyé par mach3
    Dans le vide pas assez poussé, l'air raréfié s'échauffe plus au niveau des surfaces noires car celles-ci sont plus chaudes que les blanches, il s'en suit une pression d'air raréfié plus importante sur les faces noirs que sur les faces blanches.
    est incorrect, ce n'est pas sur les faces des ailettes que ça se passe, mais sur les bords des ailettes...

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

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