Journal Les photons poussent-ils ?

Posté par (page perso) .
1
17
août
2004
J'ai une question de physique qui me trotte dans la tête depuis un bon moment et je n'ai jamais rien trouvé sur le Net qui puisse me donner une réponse.
Vous me direz : Quel rapport avec Linux ?
Aucun….mais comme y'a plein de gens futés sur ce site je tente ma chance ;-)

Ma question m'est venue en entendant parler des projets de voiles solaires : on lance un satellite mais au lieu de le propulser avec des fusées chimiques on utilise une voile réfléchissante qui utilise la "force de pression du vent solaire" pour obtenir un déplacement.
Moi j'avais compris que ce fameux vent solaire c'était autre chose que des photons (je crois qu'il s'agit de noyaux d'hélium ou d'un autre truc) et donc je ne voyais aucun problème => les noyaux d'hélium ont une masse et donc ils poussent la voile quand ils la percutent….c'est cool !
Mais plus tard j'ai découvert d'autres projets (futuristes) de voiles solaires ou on utilise un laser géant pour propulser des sondes interstellaires….et là je comprends plus rien !
Un laser c'est juste un rayon de lumière donc il s'agit juste de photons…hors les photons n'ont pas de masse et donc ils n'ont aucune énergie cinétique.
Je me souvient vaguement de la formule de l'énergie cinétique : 0,5x (MxV)^2
Si M est égal à zéro et bien toute l'équation est égale à zéro…donc pas d'énergie cinétique…..donc pas de transfert de mouvement….donc ça pousse pas la voile !

Je me doute bien que la réponse doit encore être une diablerie quantique mais j'aimerais vraiment savoir quoi.

Y'a un astrophysicien dans la salle ?
  • # Wikipedia

    Posté par . Évalué à 6.

    • [^] # Re: Wikipedia

      Posté par . Évalué à 5.

      En application de ce principe (enfin surtout des equations de Maxwell), j'etais tombe sur un exercice de colle amusant en prepa :

      Une voiture roule a la vitesse de 100 km/h quand soudain, les freins lachent. Heureusement, le conducteur a la bonne idee d'allumer ses phares avants. Calculer la distance mise par la voiture pour s'arreter.

      Bien entendu, la voiture roule sans frottements, sinon ils auraient bien vite fait de l'arreter. Pour l'application numerique, je n'ai plus les chiffres en tete, je vous laisse mesurer vos phares/peser votre voiture.
      • [^] # Re: Wikipedia

        Posté par (page perso) . Évalué à 10.

        C'est ce que l'on appelle un exercice en prise avec la réalité :-D :
      • on néglige les frottements entre le sol et la voiture,
      • on ne néglige pas l'action des photons :-D
  • [^] # Re: Wikipedia

    Posté par (page perso) . Évalué à 1.

    Il a cas se servir du frein moteur deja, ca ira plus vite

    ca me rapelle l'histoire du building a mesurer avec un barometre :
    http://www.ime.usp.br/~vwsetzer/jokes/barom-fr.html(...)
  • # Impulsion du photon

    Posté par . Évalué à 8.

    Sans être astrophysicien je peux *tenter* une réponse.

    Alors tu as raison : on considère que le photon n'a pas de masse (c'est comme ça qu'il se déplace à la vitesse de la lumière c). Mais même sans avoir de masse il a ce qu'on appelle une impulsion.

    L'impulsion pour un objet classique (une boule de billard par exemple) ca vaut p = m.v (p vecteur impulsion, m masse, v vecteur vitesse). Et pour simplifier, c'est ca qui permet à la boule de pousser une autre boule (transfert d'impulsion).

    Le truc, c'est que le photon a une impulsion aussi, mais qui n'obéit pas à la même définition (domaine quantique). Pour info elle vaut
    p = h/2\pi * k = h/\pi * \nu / c (h : constante de Planck, k : vecteur d'onde, \nu fréquence du rayonnement associé au photon).

    Donc tu as bien un photon qui peut pousser d'autres objets. Il n'y a même pas besoin d'aller chercher dans le futur pour trouver ca : Dans un labo d'enseignement, on peut souvent trouver des espèces d'hélices métalliques très fines placées dans une ampoule sous vide. L'hélice se met à tourner si tu l'éclaire.
    • [^] # Re: Impulsion du photon

      Posté par (page perso) . Évalué à 3.

      Dans un labo d'enseignement, on peut souvent trouver des espèces d'hélices métalliques très fines placées dans une ampoule sous vide. L'hélice se met à tourner si tu l'éclaire.

      C'est ce qu'on appelle un radiomètre:

      http://www.up.univ-mrs.fr/~laugierj/Crookes/Crookes.html(...)
    • [^] # Re: Impulsion du photon

      Posté par . Évalué à 3.

      Le radiomètre est un mauvais exemple. Ce qui pousse l'hélice, c'est l'agitation thermique des molécules de gaz chauffées par le côté sombre de la plaque. Si l'impulsion des photons était le moteur, ces hélices tourneraient dans l'autre sens.
      • [^] # Re: Impulsion du photon

        Posté par . Évalué à 1.

        Puisqu'on dit qu'il y a le vide dans l'ampoule...
        • [^] # Re: Impulsion du photon

          Posté par . Évalué à 3.

          Juste pour pinailler (je me sens d'humeur pinailleuse voire meme quadri-pilo-sectomatrice ) :
          Le vide n'existe pas.

          Le vide dans une ampoule ? bof, quelques particules de gaz subsistent.
          Le vide dans une chambre a vide ? meme punition.
          Le vide dans l'espace circum-solaire ? cf plus haut.
          Le vide dans les cavites supra-conductrices du Large Hadron Collider au CERN a Geneve ? Pareil.

          Le "vide energetique" ? euh qu'est-ce que ca veut dire ?
          Le vide quantique, l'etat d'energie nulle, le zero... le neant quoi !
          Y a pas plus plein que le vide quantique (soupe de particules virtuelles qui passent leur temps a se creer et s'annihiler joyeusement!) !

          De vide il n'y a vraiment que 2 choses :
          1. Une copie lors d'un devoir de philo :)
          2. et le
        • [^] # Re: Impulsion du photon

          Posté par . Évalué à 2.

          Ce n'est pas un vide suffisant, il reste assez d'air pour bouger les hélices. Sans gaz, la rotation serait inversée.
    • [^] # Re: Impulsion du photon

      Posté par . Évalué à 4.

      > Sans être astrophysicien je peux *tenter* une réponse. (...) Le truc, c'est que le photon a une impulsion aussi, mais qui n'obéit pas à la même définition (domaine quantique). Pour info elle vaut p = h/2\pi * k = h/\pi * \nu / c (h : constante de Planck, k : vecteur d'onde, \nu fréquence du rayonnement associé au photon).

      Heureusement que tu as précisé "sans être astrophysicien" et sincèrement, ça me rassure car je n'ose même pas imaginer la soupe mathématique/physique dans laquelle un astrophysicien nous aurait noyé :)

      « Je vous présente les moines Shaolin : ils recherchent la Tranquillité de l'Esprit et la Paix de l'Âme à travers le Meurtre à Main Nue »

    • [^] # Re: Impulsion du photon

      Posté par (page perso) . Évalué à 1.

      Si je ne m'abuse, ce que tu appels vecteur d'impulsion s'appel (aussi? en fait?) vecteur quantité de mouvement.
  • # Des liens

    Posté par (page perso) . Évalué à 3.

    Je te conseille la lecture d'abord de:

    http://semsci.u-strasbg.fr/lumineus.htm(...)

    Puis:

    http://semsci.u-strasbg.fr/presrad.htm(...)

    Tu peux aussi chercher par toi même des informations sur le vecteur de Poynting si tu veux plus de détails
  • # E=pc

    Posté par . Évalué à 2.

    Pour un photo, l'énergie cinétique ne se calcule pas en 1/2 mv², car m=0, mais avec E=pc.

    cf http://semsci.u-strasbg.fr/presrad.htm(...)

    et

    http://www.dlcmcgrawhill.ca/collegial_et_universitaire/physique_3/P(...)

    Question (ou complot) suivant(e) ?

    --
    Eddy
  • # euh

    Posté par (page perso) . Évalué à 1.

    mes cours de deug sont loins et j'étais vraiment très nul mais je me demande si ta formule de l'énergie cinétique s'applique encore en physique quantique ?

    M.
  • # Les photons peuvent pousser si on les arrose bien

    Posté par (page perso) . Évalué à 4.

    POur un photon, l'énergie cinétique ne se calcule pas en 1/2 mv², car m=0, mais avec E=pc.
    PLus de détails ici :
    http://semsci.u-strasbg.fr/presrad.htm(...)
    http://www.dlcmcgrawhill.ca/collegial_et_universitaire/physique_3/P(...)

    EDdy.



    (Le titre de ce commentaire a été piqué à Dae<)
  • # Et pourquoi ?

    Posté par . Évalué à 0.

    le photon a de l'energie, donc il a une masse suivant la formule e=mc²

    Donc ca peut marcher ...

    Dam
    • [^] # Re: Et pourquoi ?

      Posté par . Évalué à 1.

      Euh non la vraie relation d'Einstein c'est
      E² = m² c^4 + p² c²
      et pour le photon on a bien m=0 et p \neq 0
    • [^] # Re: Et pourquoi ?

      Posté par . Évalué à 1.

      Le photon (reel) n'a PAS de masse.
      E=mc^2 n'est que la valeur de l'energie au repos d'une particule (en relativite restreinte), ie: la valeur de son energie dans le referentiel dans lequel elle parait immobile. Corollaire, il n'y a pas de referentiel dans lequel on puisse trouver de photon (reel) au repos.

      La formule complete est E^2=p^2c^2+m^2c^4

      On peut par contre trouver des photons (virtuels) de masse negative... Mais c'est totalement hors-sujet :)
  • # Les photons poussent-ils ?

    Posté par (page perso) . Évalué à 10.

    ça dépend de quand tu les plantes.

    C'est bien connu : "A la sainte Catherine, tout photon prend racine".

    J'espère que ma réponse t'éclaire un peu, bien que je ne sois pas une lumière.
  • # Relativite...

    Posté par . Évalué à 4.

    Oui mais la les photons sont relativistes (puisqu'ils vont a la vitesse de la lumiere dans le vide) et donc Ecine = 1/2 mv^2 ne tient plus : au revoir tonton Isaac Newton, salut Albert E^2 = p^2c^2 + m^2c^4 :)

    Ceci etant, il ne me semble pas qu'il faille passer en relativite (restreinte) pour resoudre ce probleme: l'approximation semi-classique devrait suffire pour saisir le "truc".
    Les photons ont une quadri-impulsion (px, py, pz, E) : ils peuvent donc communiquer une certaine quantite de mouvement a tout objet (principe d'action-reaction).
    Tout d'objet eclaire par le laser/Soleil recoit donc un certain flux de ce melange de photons et particules ionisees (=~ plasma), ce qui se traduit par une pression.
    Bien sur, la pression exercee par un photon est de l'ordre du pouilleme... Mais multiplie par le nombre incroyable de photons par unite de surface et par seconde (== le flux) : on peut obtenir une poussee non-negligeable.
    D'autant plus que dans l'espace : pas de frottement (au premier ordre : il y a justement le vent solaire :) Pour remonter face au vent, il faut une godille-solaire... Je me souviens plus de l'astuce pour la realiser, mais ca doit se trouver dans un Science&Vie) )

    Par contre, l'ordre de grandeur pour la puissance du laser... Je seche.

    Petit florilege de sites trouves sur le net :
    http://www-istp.gsfc.nasa.gov/Education/Fwsolwind.html(...)
    http://www.cnes.fr/html/_112_638_640_.php(...)
    http://fr.wikipedia.org/wiki/Vent_solaire(...)
    http://www.meteofrance.com/FR/glossaire/designation/139_curieux_vie(...)
    http://www.astronomes.com/c1_solaire/p113_chromo.html(...)
  • # Tout a déjà été dit

    Posté par . Évalué à 1.

  • # Donc les photons poussent

    Posté par . Évalué à 8.

    Hmm... c'est donc pour ça que le Soleil tape fort et qu'il fait lourd !
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