Définir et mesurer le temps (2)

Merci !

Fiches
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Temps, mouvement et évolution
Corpus - | Corpus - 1 Fiche
 
Définir et mesurer le temps (2)

FB_Bac_98618_PhyT_S_035

35

77

1

Rappels de cours

1Une nouvelle unité de temps

 Définir la seconde à partir d’un phénomène astronomique dissipatif (la Terre ralentit) et complexe (sa période de rotation présente des fluctuations de quelques millisecondes) n’est plus assez précis pour les besoins d’aujourd’hui.

 En 1967, la seconde a été définie à partir d’un phénomène quantique très stable. La seconde est « la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux énergétiques dits hyperfins de l’état fondamental de l’atome de césium 133 ».

Ainsi a pu être définie une échelle de temps mondiale, le TAI (temps atomique international).

2De nouvelles horloges

 Malgré la mise au point de dispositifs permettant de stocker de l’énergie potentielle (ressort, chute d’une masse) (>fiche34) susceptible d’être convertie en énergie cinétique pour compenser les pertes, les horloges utilisant un phénomène mécanique dissipatif ne sont plus assez précises au xxie siècle.

 Les horloges atomiques utilisent le fait que l’énergie de l’atome est quantifiée (>fiche11). Ainsi, pour une horloge à césium, la fréquence de l’onde qui sert d’étalon sera exactement de 9 192 631 770 Hz ; on prédit que ce type d’horloge se décale d’envi­ron 1 s en 3 millions d’années.

3Temps absolu et mécanique classique

 L’expérience courante nous montre un temps absolu : le temps s’écoule de la même façon dans tous les référentiels.

 L’expérience courante nous montre une vitesse relative dont la valeur dépend du référentiel d’observation.

4Postulats d’Einstein : temps relatif et relativité restreinte

 La célérité de la lumière dans le vide, c, est la même dans tous les référentiels galiléens. Cela implique que le temps n’est pas absolu mais relatif, il ne s’écoule pas de la même façon dans tous les référentiels (>fiche36).

 Aucune vitesse ne peut être supérieure à c.

 Dans le cadre de la relativité, les lois de la physique restent les mêmes dans tous les référentiels galiléens (reprise du postulat de Galilée).

Méthode

Comprendre le principe de l’expérience de Michelson et Morley


À la fin du xixe siècle, on pense que la lumière se propage dans « l’éther » à la vitesse c et que la Terre y est animée d’une vitesse v. On réalise des interférences lumineuses à partir d’une source S et d’une lame semi-réfléchissante L placée à distance presque égale de deux miroirs.

1. Pourquoi peut-on espérer observer des franges d’interférences ?

2. Dans le référentiel terrestre, on fait tourner le dispositif autour de l’axe vertical. Les franges ne se décalent pas. Pourquoi est-ce surprenant ?

Conseils

Les différents trajets n’ont pas tous la même longueur.

Solution

1. Les trajets SO et OE sont effectués en des temps égaux par les rayons (1) et (2). En revanche, un déphasage (>fiche8) se crée entre le rayon (1) sur le trajet OAO et le rayon (2) sur le trajet OBO car les distances ne sont pas exactement égales.

2. La vitesse de la lumière est c dans une direction et c ±v dans l’autre. Après rotation d’un angle α elle devient c ±v sin α et c ±v cos α. Le déphasage entre OBO et OAO a varié, les franges devraient se décaler. Le phénomène n’ayant pas été observé, on considère que, quelle que soit l’orientation du dispositif, (1) et (2) se propagent toujours à la vitesse c, et que c et v ne se composent pas. Cette expérience a également permis de prouver que l’éther n’existe pas.

>>