Journal Les photons poussent-ils ?

Posté par patrick_g (site web personnel) le 17 août 2004 à 16:24.

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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 Yusei (Mastodon) le 17 août 2004 à 16:36. Évalué à 6.

Pourquoi ça marche:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Pression_de_radiation(...)
- [^] # Re: Wikipedia
  
  Posté par gawal le 17 août 2004 à 16:42. 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 Didier (site web personnel) le 17 août 2004 à 19:42. 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 Calim' Héros (site web personnel) le 18 août 2004 à 09:51. 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 Jolow le 17 août 2004 à 16:38. 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 Jérôme Pinot (site web personnel) le 17 août 2004 à 16:51. 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 zephred le 17 août 2004 à 17:27. 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 gbrocker le 17 août 2004 à 17:34. Évalué à 1.
  
  Puisqu'on dit qu'il y a le vide dans l'ampoule...
  - [^] # Re: Impulsion du photon
    
    Posté par Sebastien Binet le 17 août 2004 à 17:56. 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 zephred le 17 août 2004 à 18:12. 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.
[^] # Commentaire supprimé

Posté par Anonyme le 17 août 2004 à 17:33. Évalué à 4.

Ce commentaire a été supprimé par l’équipe de modération.
[^] # Re: Impulsion du photon

Posté par Temsa (site web personnel) le 17 août 2004 à 19:35. 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 Jérôme Pinot (site web personnel) le 17 août 2004 à 16:38. 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 schyzomarijks le 17 août 2004 à 16:39. 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 kolter (site web personnel, Mastodon) le 17 août 2004 à 16:39. 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 Sten Spårvagnhög (site web personnel) le 17 août 2004 à 16:39. 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 Hardy Damien le 17 août 2004 à 16:39. 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 Jolow le 17 août 2004 à 16:47. 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 Sebastien Binet le 17 août 2004 à 16:50. 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 ploum (site web personnel, Mastodon) le 17 août 2004 à 16:40. 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.

Mes livres CC By-SA : https://ploum.net/livres.html

# Relativite...

Posté par Sebastien Binet le 17 août 2004 à 16:46. 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(...)