Relation masse et nucléons

[invite00e1c4ce]

Hello,

On est d'accord que un corps en mouvement donc qui subit une vitesse verra sa masse augmenter. Qu'il y a une transformation d'énergie cinétique en masse en gros. Mais en même temps on sait que la masse est fixée par la quantité de masse des nucleons donc protons et neutrons dans les atomes molécules qui constituent ce corps.
Du coup sur le principe du mouvement là, ça veut dire que la quantité de masse des nucleons augmentent pendant le mouvement sans que l'on s'en rende compte en fait ?

Dsl si ma question est bête mais je m'interroge...
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[Deedee81]

Salut,

Bienvenue sur Futura.

On est d'accord que un corps en mouvement donc qui subit une vitesse verra sa masse augmenter.

L'inertie plutôt. Et l'énergie totale augmente vite en approchant la vitesse de la lumière. On utilise depuis longtemps un concept de masse invariante et conservée et donc qui n'augmente pas. Mais c'est sans doute un détail de vocabulaire qui ne change pas grand chose ici.

Le vieux concept de masse relativiste (Einstein) a été abandonné (enfin, on le voit encore de ci de là) car :
- confus (on a deux types de masse : au repos et invariante)
- la notion de masse au repos ne s'applique pas aux particules sans masse comme le photon car il n'est jamais au repos
- en théorie quantique des champs, le concept de masse invariante est mieux adapté
- la masse relativiste est redondante avec l'énergie totale (c'est identique à un facteur c² près)
- les physiciens aiment bien les quantités invariantes et conservées (simplifie certains calculs, plus proches d'une grandeur intrinsèque qui ne dépend pas de l'observateur, mieux reliées aux symétries,...)

P.S. invariant : identique pour tout observateur, dans tout référentiel
conservé : qui ne varie pas au cours du temps

Mais en même temps on sait que la masse est fixée par la quantité de masse des nucleons donc protons et neutrons dans les atomes molécules qui constituent ce corps.
Du coup sur le principe du mouvement là, ça veut dire que la quantité de masse des nucleons augmentent pendant le mouvement sans que l'on s'en rende compte en fait ?

La masse des nucléons ou plutôt leur inertie (voir ci-dessus) augmente pour la même raison : vitesse plus grande (la quantité de mouvement du corps est masse (invariante) * vitesse * le fameux facteur gamma de la relativité, et cela s'applique à n'importe quel corps massif y compris les nucléons).

Note que la masse d'un corps ce n'est pas juste la masse des nucléons, c'est plus compliqué. L'énergie totale du corps au repos c'est l'énergie de masse des nucléons moins l'énergie de liaison (le moins est lié au fait que la liaison est stable, il faut apporter de l'énergie pour casser le noyau). Et la masse du corps c'est cette énergie divisée par c². Donc elle est plus faible que la somme des masse des nucléons (les physiciens du nucléaire parlent de "défaut de masse" car cette quantité est importante pour eux, c'est sa variation qui fois c² donne les échanges d'énergie nucléaire, très élevée). Mais ça n'intervient pas vraiment dans les raisonnements ci-dessus, je préférais juste est précis

Dsl si ma question est bête mais je m'interroge...

Y a pas de question bête (*) et le forum est fait pour ça

(*) Enfin, si parfois , mais pas ici

[invite00e1c4ce]

Hello,
Pour l'inertie ça oui on est d'accord qu'elle augmente. Et je pensais qu'elle augmentait car justement pq la masse du corps en mouvement augmentait et qu'il fallait de + en + d'energie pour que le corps reste en mouvement car sa masse augmentait au fil du temps. Je me sens un peu trahi par mes croyances là...
Je pensais également que les physiciens faisaient attention à la notion relativiste de la physique...après tout ils sont bien obligé d'y prêter attention comme par exemple dans le comportement d'un champs électromagnétique entre protons electrons et un corps chargé positivement qui passerait à proximité dans le sens des electrons non?...je m'éloigne un peu mais bon.

[Deedee81]

Je ne suis pas sûr d'avoir bien expliqué, j'ai l'impression que tu n'as pas tout compris.

Pour la masse c'est juste une question de définition (c'est une des rares grandeurs dont la définition a changé au cours du XXe siècle).

Les physiciens utilisent bel et bien la relativité (et y font donc attention), du moins quand c'est nécessaire.

Ainsi dans la structure électronique des atomes, pas besoin de relativité... sauf quand on passe aux atomes lourds (les électrons ont alors des vitesses non négligeables). Et en physique nucléaire la relativité est incontournable vu les énergies fabuleuses.

L'électromagnétisme classique est effectivement relativiste dans sa forme (les équations de Maxwell sont invariantes de Lorentz). Mais on les utilise souvent dans un cadre purement classique. Les subtilités relativistes sont rarement utiles sauf là aussi pour de grandes vitesses/énergie. Et sous sa forme quantique, on est dans le cas relativiste (électrodynamique quantique relativiste, ou l'équation de Dirac dans un domaine plus limité). Il se fait que la formulation non relativiste (cela a été tenté !) fonctionne mal.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite00e1c4ce]

Dac. Mais dans ce cas à partir de quel vitesse celle ci devient negligable? Car il me semble que dans l'hydrogène qui est un atome léger, son electron(indépendamment qu'elle se comporte comme une onde stationnaire) a une vitesse de rotation autour du noyau proche de 1% de la vitesse de la lumière. Même cette vitesse est négligeable?...

Dsl si j'ai du mal à percuter mais ça me perturbe lol.

[Deedee81]

J'ai la flemme de vérifier/calculer pour le 1% mais c'est possible.

Mais oui, ça reste négligeable. Voici comment le facteur gamma :
https://upload.wikimedia.org/wikiped...faktor.svg.png

Comme tu vois, ça ne devient important que lorsque la vitesse est proche de la vitesse de la lumière. Evidemment, ça dépend de la précision, mais typiquement à des 70 à 80% là faut en tenir compte.

C'est comme les effets de la relativité générale. La dilatation du temps gravitationnelle, sur Terre, n'est jamais prise en compte.... sauf pour le GPS tellement il est précis (les satellites contiennent une horloge atomique).

[invite00e1c4ce]

Ok ok je vois. Donc pour conclure il faut parler d'inertie et non de masse car elle est invariante aux yeux de l'observateur et seul l'inertie augmente et non la masse atomique.

[coussin]

J'ai la flemme de vérifier/calculer pour le 1% mais c'est possible.

La vitesse d'un électron dans un atome hydrogénoïde est Z alpha c avec Z la charge du noyau et alpha la constante de structure fine.
Donc c/137 pour l'atome d'hydrogène.

[Deedee81]

Donc c/137 pour l'atome d'hydrogène.

Ah oui, je le savais..... mais j'avais oublié !!!!!! Merci coussin.
Donc bien de l'ordre du pourcent.

Ok ok je vois. Donc pour conclure il faut parler d'inertie et non de masse car elle est invariante aux yeux de l'observateur et seul l'inertie augmente et non la masse atomique.

+1

Mais j'insiste, ce n'est pas le point essentiel ici. C'est juste une question de vocabulaire (de définition du mot "masse").

Tiens, je fais un bond énorme dans la complexité mais vu qu'on a fini avec la question initiale et en parlant de masse ou plutôt de poids, j'ai toujours adoré le paradoxe du sous-marin :
https://mc.wikiqube.net/wiki/Supplee%27s_paradox

il a même des conséquences très étonnante avec les trous noirs (inversion de la force centrifuge)

[mach3]

Ok ok je vois. Donc pour conclure il faut parler d'inertie et non de masse car elle est invariante aux yeux de l'observateur et seul l'inertie augmente et non la masse atomique.

attention, il y a peut-être une subtilité qui échappe... La masse de l'atome d'hydrogène, c'est la masse des constituants + l'énergie cinétique des constituant (/c²) + l'énergie potentielle (/c²), cette dernière étant négative. Un atome d'hydrogène dans un état excité pèse plus lourd qu'un atome d'hydrogène dans l'état fondamentale, d'une part l'énergie cinétique de l'électron est plus élevée (ce n'est pas la masse de l'électron qui augmente du fait qu'il va plus vite, mais la masse du système considéré, l'atome), d'autre part l'énergie potentielle est plus faible en valeur absolue, donc plus élevée. (EDIT : une erreur s'est glissée, voir post 13...)

un ancien post qui détaille un peu cela : https://forums.futura-sciences.com/p...ml#post6378520

m@ch3

[invite00e1c4ce]

Tiens, je fais un bond énorme dans la complexité mais vu qu'on a fini avec la question initiale et en parlant de masse ou plutôt de poids, j'ai toujours adoré le paradoxe du sous-marin :
https://mc.wikiqube.net/wiki/Supplee%27s_paradox

il a même des conséquences très étonnante avec les trous noirs (inversion de la force centrifuge)

Je regarderai ça par curiosité merci.

[invite00e1c4ce]

. Un atome d'hydrogène dans un état excité pèse plus lourd qu'un atome d'hydrogène dans l'état fondamentale, d'une part l'énergie cinétique de l'électron est plus élevée (ce n'est pas la masse de l'électron qui augmente du fait qu'il va plus vite, mais la masse du système considéré, l'atome),*

Hello ça j'avais bien saisie ce concept et c'est l'une des raisons pour laquelle je me posais la question initiale. Ce qui revient à dire que l'augmentation de la masse (inertiel je suppose) de l'atome revient à dire qu'il y a augmentation de l'énergie globale de l'atome. Sachant que la masse molaire est intrasequement invariante. En réalité la masse inertiel est un peu comme un effet ou une impression de masse augmenté dû à l'énergie cinétique emmagasiné surtout quand l'électron se rapproche de la couche 1s. Plus l'énergie est grande et plus cette effet de masse va augmenter sans forcément que la masse molaire de l'atome ne change en fait. J'ai juste? ...

[mach3]

Un atome d'hydrogène dans un état excité pèse plus lourd qu'un atome d'hydrogène dans l'état fondamentale, d'une part l'énergie cinétique de l'électron est plus élevée (ce n'est pas la masse de l'électron qui augmente du fait qu'il va plus vite, mais la masse du système considéré, l'atome), d'autre part l'énergie potentielle est plus faible en valeur absolue, donc plus élevée.

Bon, là je me suis pris les pieds dans le tapis... Dans un état excité, l'énergie de l'atome est plus élevée, donc il a une masse plus importante, ça c'est correct. Par contre l'énergie cinétique de l'électron est plus faible, pas plus grande. C'est l'énergie potentielle qui augmente plus fortement que l'énergie cinétique et donne au bilan une augmentation de l'énergie, donc de la masse.

m@ch3

[mach3]

Hello ça j'avais bien saisie ce concept et c'est l'une des raisons pour laquelle je me posais la question initiale. Ce qui revient à dire que l'augmentation de la masse (inertiel je suppose) de l'atome revient à dire qu'il y a augmentation de l'énergie globale de l'atome. Sachant que la masse molaire est intrasequement invariante. En réalité la masse inertiel est un peu comme un effet ou une impression de masse augmenté dû à l'énergie cinétique emmagasiné surtout quand l'électron se rapproche de la couche 1s. Plus l'énergie est grande et plus cette effet de masse va augmenter sans forcément que la masse molaire de l'atome ne change en fait. J'ai juste? ...

Alors, un premier point, il y a un sous-entendu derrière "masse molaire", c'est celui de la chimie : on travaille sur un grand nombre d'atomes, avec une certaine distribution isotopique et qui ne sont pas dans un état excité, c'est donc statistique et dans des conditions standard...

Second point, la masse d'une particule élémentaire est invariante, mais par contre n'importe quel assemblage de particules (comme un noyau, un atome, une molécule, voire même un matériau) qui admet des niveaux d'énergies aura une masse pour chaque niveau d'énergie, et la différence de masse correspondra à la différence d'énergie divisée par c².

m@ch3

[invite00e1c4ce]

Par contre l'énergie cinétique de l'électron est plus faible, pas plus grande

Donc l'électron va s'éloigner du noyau et non s'en rapprocher c'est ça? D'où le fait que l'électron va avoir besoin de capter un photon pour augmenter son énergie pour faire ce mouvement et ensuite perdre ce photon pour perdre de l'énergie et retrouver "sa place".

[invite00e1c4ce]

aura une masse pour chaque niveau d'énergie, et la différence de masse correspondra à la différence d'énergie divisée par c².

Ok d'où cette fameuse longueur d'onde qui représente les différents niveaux d'énergies c'est ça ?

[Deedee81]

Salut,

Ok d'où cette fameuse longueur d'onde qui représente les différents niveaux d'énergies c'est ça ?

Tout à fait, ça et bien sûr le fait que pour un photon on a E = h.nu (E énergie, h cst de Planck, nu fréquence)

[obi76]

Tiens, je fais un bond énorme dans la complexité mais vu qu'on a fini avec la question initiale et en parlant de masse ou plutôt de poids, j'ai toujours adoré le paradoxe du sous-marin :

Là où c'est moi qui fais un bon énorme, c'est que pour résoudre ce paradoxe on a sorti artillerie lourde, alors, tout simplement, que la poussée d'Archimède n'est exacte que pour des objets au repos, pas en mouvement.

[Deedee81]

Là où c'est moi qui fais un bon énorme, c'est que pour résoudre ce paradoxe on a sorti artillerie lourde, alors, tout simplement, que la poussée d'Archimède est exacte pour des objets au repos, pas en mouvement.

Ca c'est clair mais ce qui me plait dans ce paradoxe c'est :
- on présente ça comme un pur problème de relativité restreinte alors que c'est faux
(l'aspect hydrodynamique ne fait que noyer le poisson, sans jeu de mots )
- ça cache des phénomènes profond comme l'inversion de la force centrifuge autour des trous noirs (sous l'orbite des photons) qui donnent un bel éclairage sur le principe d'équivalence
(et c'est un peu le but de ces "paradoxes", non pas trouver une faille de la théorie, non pas trouver une solution simple mais.... mettre en évidence certains aspects profonds des théories)