Temps et relativité restreinte
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Le postulat d’Einstein PowerPoint PPT Presentation


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Temps et relativité restreinte. Le point de départ du cheminement est une question : « Que deviennent les lois de la physique quand on change de référentiel ? ».

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Le postulat d’Einstein

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Presentation Transcript


Le postulat d einstein

Temps et relativité restreinte

Le point de départ du cheminement est une question :

« Que deviennent les lois de la physique quand on change de référentiel ? »

Aucune expériencefaite dans un référentiel galiléen ne peut mettre en évidence le mouvement de ce référentiel par rapport à un autre référentiel galiléen.

Le postulat d’Einstein

R

R’

Autrement dit : le principe de relativité est valable pour toutes les lois de la physique (en mécanique et en électromagnétisme).

Cela conduit au postulat

La vitesse de la lumière dans le vide est la même dans tous les référentiels galiléens :

c’est une constante fondamentale de la physique.


Le postulat d einstein

Pourquoi une nouvelle théorie est-elle alors nécessaire?

  • Dans le cadre de la mécanique newtonienne :

Le temps est un paramètre absolu.

Il s’écoule de la même façon dans tous les référentiels.

Loi de composition des vitesses

R

R’

La vitesse de la lumière - dépend elle aussi du référentiel

- n’est pas la même dans toutes les directions.

L’invariance de la vitesse de la lumière est donc incompatible avec la cinématique classique.

Le postulat d’un temps absolu qui s’écoule de la même façon dans tous les référentiels doit être remis en cause. Un nouveau cadre cinématique est à construire : celui de la relativité restreinte.

.


Le postulat d einstein

  • Postulat classique :

Le temps est un paramètre absolu.

Il s’écoule de la même façon dans tous les référentiels.

La célérité de la lumière est relative

  • Postulat de la relativité restreinte :

La célérité de la lumière est une constante universelle

Le temps est un paramètre relatif.

Il ne s’écoule pas de la même façon dans tous les référentiels.


Le postulat d einstein

Temps et relativité restreinte

En passant d’un temps absolu à un temps relatif (c’est-à-dire qui dépend de la vitessede l’observateur), de nouvelles notions apparaissent.

Entre autres :

La notion d’évènement

La notion de temps propre

La dilatation des durées

Pour introduire et illustrer ces notions de façon très qualitative et introduire progressivement le vocabulaire, on a imaginé la situation suivante…..


Le postulat d einstein

Un enfant a acheté un film pour le regarder pendant un trajet en voiture.

Référentiel voiture

Sur la jaquette, il est indiqué : « durée du film : 1 heure »

Le « contrat » parents-enfant : le voyage commence au début du film et on fera une pause à la fin du film.

Horloge du tableau de bord de la voiture

Attachons un référentiel à la voiture

Évènement 1 : début du film.

Évènement 2 : Fin du film.

X

Avant de partir……..

Repérons la position de l’évènement 1dans le référentiel lié à la voiture

On part….

La voiture roule à vitesse constante.

Attachons un référentiel terrestre aux villes traversées

Repérons la position de l’évènement 1dans le référentiel terrestre

Référentiel terrestre

Horloges des villes traversées

Départ : 12h

X

Ville A

Ville B

Ville C


Le postulat d einstein

Temps et relativité restreinte

Postulat classique …

Le temps est un paramètre absolu.

Il s’écoule de la même façon dans tous les référentiels.


Le postulat d einstein

Évènement 1 : début du film.

Évènement 2 : Fin du film.

Référentiel voiture

Il est 13h sur l’horloge de la voiture

Les 2 évènements ont lieu au même point

du référentiel lié à la voiture.

C’est le REFERENTIEL PROPRE.

X

X

Repérons la position de l’évènement 2dans le référentiel lié à la voiture

On part….

Repérons la position de l’évènement 2dans le référentiel terrestre

Référentiel terrestre

Il est aussi 13h sur l’horloge de la ville C

Départ : 12h

Les 2 évènements ont lieu en des points différents

du référentiel terrestre.

X

X

Ville A

Ville B

Ville C


Le postulat d einstein

Temps et relativité restreinte

Postulat relativiste…

Le temps est un paramètre relatif : il dépend de la vitesse de l’observateur.

Il ne s’écoule pas de la même façon dans tous les référentiels.


Le postulat d einstein

Évènement 1 : début du film.

Évènement 2 : Fin du film.

Référentiel voiture

Il est 13h sur l’horloge de la voiture

Les 2 évènements ont lieu au même point

du référentiel lié à la voiture :

C’est le référentiel propre.

On y mesure la durée propre entre les deux évènements.

X

X

Position de l’évènement 2dans le référentiel lié à la voiture

On part….

Position de l’évènement 2dans le référentiel terrestre

Il est un peu plus de 13h sur l’horloge de la ville C

Référentiel terrestre

Les 2 évènements ont lieu en des points différents

du référentiel terrestre.

On mesure une durée entre les deux évènements SUPERIEURE à la durée propre.

Départ : 12h

X

X

Ville A

Ville C


Le postulat d einstein

Temps et relativité restreinte

Ce phénomène est appelé «dilatation des durées ».

t propre

t mesurée > t propre

t mesurée =

v2

1 –

c2

▪ Prolongements

Dans la situation proposée, est-il pertinent de prendre en compte le caractère relatif du temps ?

Dans quelles situations, est-il pertinent de prendre en compte le caractère relatif du temps ?


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