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  • Comprendre la Relativité Restreinte d’Einstein

    Posté le 26 septembre 2011

    La relativité restreinte d’Einstein est basée sur l’idée de cadres de référence. Un cadre de référence c’est simplement où une personne (un observateur) se trouve. En ce moment, vous êtes probablement assis devant votre ordinateur. C’est votre cadre de référence actuel. Vous avez l’impression d’être immobile même si vous savez que la Terre tourne sur son axe et orbite autour du Soleil. La chose importante à savoir à propos des cadres de référence c’est qu’il n’existe pas de cadre de référence absolu dans notre Univers. Il n’existe aucun endroit dans l’Univers qui soit complètement stationnaire.

    La Terre est en mouvement, ce qui signifie que même lorsque vous êtes immobile vous êtes quand même en mouvement. Vous vous déplacez à la fois dans l’Espace et dans le Temps. En permanence. Aucun lieu ou objet ne peut servir de cadre de référence absolu puisque tout est en mouvement.

    Les deux postulats de la relativité restreinte sont les suivants :
    – Les lois de la physique restent les mêmes dans tous les cadres de référence
    – La vitesse de la lumière dans le vide reste constante dans tous les cadres de référence

    Le premier postulat est facile à comprendre mais le 2ème est complètement contre-intuitif quand on le compare à notre expérience de tous les jours :

    Imaginez un cabriolet roulant à 100 Km/h. Son passager sort un lance-pierre et éjecte une pierre à 50 Km/h vers l’avant. Si vous mesurez la vitesse de la pierre, vous obtiendrez 150 Km/h (la vitesse de la voiture + la vitesse de la pierre à partir du lance-pierre). Si le conducteur du cabriolet mesurait la vitesse de la pierre il obtiendrait 50 Km/h puisqu’il se trouve dans le cadre de référence du cabriolet (il bouge à la même vitesse).

    Maintenant, imaginez que cette même voiture approchant à 100 Km/h allume ses phares. La vitesse de la lumière étant de 299 792 458 m/s (1079 milliards de Km/h), on pourrait penser que la vitesse de la voiture + la vitesse de la lumière des phares donne un total de 100 + 1079000000000 = 1079000000100. Mais ce n’est pas le cas. La vitesse mesurée par un observateur extérieur sera de 1079000000000.

    Quelque soit votre vitesse, que vous soyiez en voiture, en fusée ou dans un vaisseau spatial, la vitesse de la lumière que vous mesurerez sera toujours la même. Les conséquences de cette constance de la vitesse de la lumière sont la contraction des longueurs et la dilatation du temps.

    Contraction des longueurs

    Du point de vue d’un observateur extérieur, la longueur d’un objet en mouvement se réduit dans la direction de son mouvement. Si l’objet se déplace à la vitesse de la lumière, sa longueur est réduite à néant. Mais dans le propre cadre de référence de l’objet, la taille mesurée reste la même.

    Dilatation du temps

    Le temps ralentit avec le mouvement mais cet effet ne devient notable que lorsqu’on se rapproche de la vitesse de la lumière. Plus on s’approche de la vitesse de la lumière, plus le temps ralentit. Si la vitesse de la lumière est atteinte, le temps arrête de s’écouler. Seul un observateur qui ne se trouve pas dans le même cadre de référence le remarquerait.

    Dans notre vie quotidienne nous ne percevons pas ces effets parce que nous nous déplaçons à des vitesses beaucoup plus faibles que celle de la lumière.

    Exemple avec une horloge à photons

    [expérience de pensée]
    Imaginez une horloge constituée d’un simple tube comportant un miroir à chaque extrémité. A l’intérieur, il y a un photon (unité de lumière) qui fait des allez-retours. Pour simplifier, on va dire que la hauteur de l’horloge correspond à la distance que parcourt la lumière en une seconde (oui, ça ferait une horloge gigantesque…). En une seconde, le photon à la base de l’horloge se retrouve en haut. A chaque fois que le photon touche une extrémité, une seconde s’écoule.

    Lorsque l’horloge est immobile, le photon parcourt la distance c pour toucher le haut de l’horloge.

    Mais si l’horloge est en mouvement, cela signifie que le photon aura parcouru une plus grande distance (en diagonale) en une seconde.

    La Vitesse c’est la Distance parcourue en un Temps donné.
    Vitesse = Distance / Temps

    Si vous parcourez une distance plus grande dans un même temps, c’est que votre vitesse a augmenté. Mais selon le 2ème postulat de la relativité restreinte on sait que rien ne peut aller plus vite que la lumière. Pour protéger cette limite, les longueurs se contractent et le temps s’écoule plus lentement à mesure que l’on s’approche de la vitesse de la lumière.

    Plus la vitesse d’un objet s’approche de la vitesse de la lumière, plus il semblera rétrécir dans le sens de son déplacement et plus le temps semblera s’écouler lentement pour un observateur extérieur (qui n’est pas en mouvement avec cet objet).

    Plus vous vous déplacez dans l’Espace, moins vous vous déplacez dans le Temps (le temps s’écoule plus lentement).

     

    9 réponses à “Comprendre la Relativité Restreinte d’Einstein” Icône RSS

    • Je prends connaissance de votre blog par cet article intéressant que tout le monde est apte à comprendre. Merci. Je vais continuer de vous lire.

    • Merci beaucoup pour votre commentaire. C’est toujours très encourageant pour moi d’avoir des messages comme le votre.

    • Super explications !

    • C’est plus que geniale l’explication que vous nous en donnez ! J’ai entre les mains un livre de Gaston Bachelard dont le titre est Le Nouvel Esprit Scientifique , mais a vrai dire je n’y comprends que dalle .La comprehension des termes mis en jeu dans une dialectique qui depasse mon intelligence me fait defaut.Je suis etudiant au departement de Philosophie a l’universite de Dakar..La science me titille.J’ai toujours horreur d’elle.Et me voila maintenant dans le besoin .Que faire ?

    • Je parcourait des blogs et voilà que je te tombe sur celui-ci. Tu m’as fait comprendre en 2 min, ce que j’avais pas compris en une année de Terminales !
      Explications hyper-simple à comprendre franchement Merci !

    • soufflet laurent

      Tout allait bien au début! J’ai cru que je pourrais vraiment comprendre et puis PAF ! Je décroche quand on dit que la longueur d’un objet se réduit ! je ne comprends pas ce que ça veut dire…

    • Merci pour cette excellente explication.Pour moi l’effet de contraction des distance est un échappatoire pour contourner l’aspect mystique de la théorie de la relativité restreinte,mais physiquement les distances restent les mèmes.Loin il énonçait mème la contraction des corps rigides aussi.Et selon ce dernier point de vue si nous imaginons de la lumière qui traverse un tube rigide et interminable,pour rester en accord avec la relativité,c’est de supposer que notre tube s’est rétrécie,ce qui ne répond à aucune lois de la physique.Je pense que nous,scientifiques avons encore beaucoup de boulots,il faut arriver à lever l’équivoque de cette théorie.

    • Votre explication simple est trés élégante et permet de comprendre la relativité restreinte sans trop entrer dans les détails des formules, merci beacoup, ça va beacoup m’aider pour l’expliquer à mes élèves

    • Merci beaucoup pour votre compliment, c’est encourageant 🙂


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