Examen Intra Final Flashcards
(94 cards)
1
Q
La relativité restreinte nous oblige à changer notre façon de considérer
A
L’espace et le temps
2
Q
Les référentiels inertiels (ou galiléens)
A
Ce sont des référentiels auxquels la 1er loi de Newton s’applique
3
Q
Dans ces référentiels en l’absence de force, le mouvement des objets est
A
La mouvement rectiligne uniforme
4
Q
Est-ce que le mouvement de cette comète est uniforme ? Si on est dans le référentiel de la comète, sommes-nous dans un référentiel inertiel ?
A
Non, ce qu’on peut calculer par rapport à un référentiel inertiel et différent de ce que l’on calcule par rapport à un référentiel non inertiel
5
Q
Le principe de relativité (important):
A
Il est impossible en faisant des expériences de physique sur le mouvement des objets de distinguer un référentiel inertiel d’un autre: les expériences donnent toujours le même résultat. En mécanique, on pourrait prétendre que les lois sont les mêmes dans tous les référentiels inertiels.
6
Q
Les observateurs liés à 2 référentiels différents sont d’accord sur
A
La vitesse relative des référentiels
7
Q
Une personne marchant à la vitesse de 4km/h dans un métro roulant à 100km/h se déplacera à (transformations de Galilée)
A
104 km/h pour une personne extérieure au métro
8
Q
En électromagnétisme, on a compris que la vitesse de la lumière vaut
A
300000 km dans tous les référentiels inertiels. Ainsi, pour que les lois de la mécanique soient les mêmes dans tous les référentiels inertiels, il a fallu revoir la notion de relative
9
Q
Les deux postulats d’Einstein
A
- Le principe de la relativité : toutes les lois de la physique sont valables dans tous les référentiels inertiels. (Se déplacent à vitesse constante)
- Le principe de la constance de la vitesse de la lumière: la vitesse de la lumière dans le vide est la même dans tous les référentiels inertiels. Elle ne dépend pas de mouvement de la source ou de l’observateur.
10
Q
La vitesse de la lumière est
A
Absolue
11
Q
Les deux postulats d’Einstein (quelques conséquences particulières):
A
- La simultanéité est relative.
- Le temps est relatif.
- La longueur est relative
- La masse est relative
- Rien ne peut aller plus vite que la lumière
- Il existe un principe de conservation de l’ensemble masse-énergie. Autrement dit: E=mc^2
12
Q
Événement
A
Phénomène qui se produit en un point unique dans l’espace et à un instant unique dans le temps.
13
Q
Observateur
A
Personne munie d’une horloge et d’une règle
14
Q
Référentiel
A
Ensemble d’observateurs uniformément répartis dans l’espace et se déplaçant tous à une même vitesse.
15
Q
Référentiel propre
A
Référentiel dans lequel un objet, une horloge ou une tige par exemple, est au repos
16
Q
La réception d’un signal se fait simultanément dans un référentiel. Elle ne se fait pas
A
De façon simultanée dans l’autre référentiel
17
Q
To temp propre c’est
A
L’intervalle de temps entre deux événements mesurés dans le référentiel propre d’une horloge. Les événements doivent se produire au même point.
18
Q
La longueur propre c’est
A
L’intervalle séparant ses extrémités dans l’espace, mesuré dans le référentiel au repos par rapport à l’objet (référentiel propre).
19
Q
La vitesse dans S c’est la vitesse de S’ parce que
A
S’ c’est lui qui se déplace. La vitesse dans S’ c’est 0 car il est au repos
20
Q
Plus la vitesse d’un objet augmente
A
Plus la masse relativiste augmente : on en déduit qu’il devient impossible d’accélérer un objet quand sa vitesse tend vers c
21
Q
Dans tout phénomène (réaction chimique, émission électromagnétique, désintégration nucléaire, ect.) libérant de la chaleur ou de la lumière, la masse totale des constituants n’est pas tout à fait constante
A
la masse totale des constituants n’est pas tout à fait constante
22
Q
Physique classique : continues
Grandeurs
Théories
Études
A
Grandeurs: énergie et force
Théories: mécanique classique, modèle électromagnétique de la lumière
Études: (quelques unes) expérience de Young et interférence, diffraction, polarisation de la lumière
23
Q
Physique quantique : quantifiées
Grandeurs
Théories
Études
A
Grandeurs: énergie, moment cinétique
Théories: mécanique quantique
Études: rayonnement du corps noir, spectre de raies émis par des atomes dans un tube à gaz, effet photoélectrique.
24
Q
L’énergie de la vague est une
A
Grandeur qualifiée de continue en mécanique classique
25
La force appliqués sur le ressort est
Une grandeur continue
26
Le Vantablack est
Une matière inventée en 2012 faite de nanotubes de carbone agencés verticalement et serrés les uns contre les autres comme les arbres d’une forêt. Il a un coefficient d’absorption de 99,965% dans le visible
27
Le corps noir est
Un objet idéal qui absorberait parfaitement toute l’énergie électromagnétique qu’il reçoit, sans en réfléchir ni en transmettre. Sous l’effet de l’agitation thermique, le corps noir émet un rayonnement électromagnétique. À l’équilibre thermique, émission et absorption s’équilibrent et le rayonnement émis ne dépend que de la température.
28
Est-ce qu’un miroir peut être qualifié de corps noir ?
Non, il réfléchit trop de lumière (si ce nest pas tout, ça dépend de la qualité du miroir
29
Est-ce qu’une fenêtre peut être qualifié de corps noir
Non, elle laisse passer trop de lumière
30
Est-ce que le Soleil peut être qualifié de corps noir ?
Oui
31
La lave est un autre objet que l’on peut
Qualifier de corps noirs
32
Est-ce que la physique classique peut prédire la forme des courbes
Non, la physique classique échoua à cette tache, un rayonnement thermique est représenté par une OEM qui sont produites par des charges qui oscillent. La quantification de l’énergie totale portée par les oscillateurs fut une solution. Cette énergie ne peut être qu’un multiple entier d’un quantum hf
33
En mécanique classique, un atome dont les charges oscille peut émettre une
Énergie de n’importe quelle valeur (énergie continue)
34
En mécanique quantique, un atome dont les charges oscillent peut seulement émettre
Une énergie quantifiée qui est fonction de h (constante de Planck)
35
36
Qu’est-ce que l’effet photoélectrique
C’est l’éjection d’électrons hors de la surface d’une plaque métallique par de la lumière incidente
37
Prédiction du model photoélectrique
1. La lumière doit être vue comme un jet de particules appelés «photons»
2. Lorsque les photons touchent la plaque, ils éjectent des électrons… on les appelle « photoélectrons »
3. On peut déterminer la vitesse «maximale» des photoélectrons en créant un potentiel d’arrêt (delta Vo)
38
L’éxpérience des photoélectrons montre:
1. L’éjection des photoélectrons est immédiate même sous une lumière très faible
2. Le potentiel d’arrêt demeure le même quand on change l’intensité.
3. Le potentiel d’arrêt croit avec la fréquence.
4. L’absence total d’effet photoélectrique pour des fréquences très faibles
39
1 eV
1,6 x10^-19 J
40
Un électron peut-il prendre plus d’un photon
Non
41
Apres combien de temps s’observe l’effet photoélectrique (lorsque la fréquence le permet) ?
L’effet est presque instantané
42
Un électron peut-il prendre moins d’un photon
Non
43
Est-ce qu’une augmentation de l’intensité lumineuse augmente le nombre de photons
Oui
44
Y a-t-il photoélectrique sous une fréquence seuil
NON
45
Est-ce qu’une augmentation de l’intensité lumineuse augmente la vitesse des photoélectrons
Non
46
Le modèle de Bohr pour l’atome à un seul électron
3 postulats
1) l’électron se déplace uniquement sur certaines orbites circulaires stables, appelées « états stationnaires » ou niveaux
2) il y a émission d’un rayonnement seulement si un électron passe d’une orbite permise à une autre orbite d’énergie inférieure. La fréquence de rayonnement est donnée par:
En’ - En = hf
3) Le module du moment cinétique est quantifié. Il ne peut prendre que des valeurs entières multiples de h/2pi
Ce postulat mène à deux conséquences:
A. Le rayon des orbites est quantifié
B. Les énergies de l’atome à un seul électron sont quantifiées.
47
n=1
Le niveau fondamental
48
n plus grand que 1
Les niveaux excités
49
Excitation radiative
Le passage d’un niveau inférieur à un niveau supérieur se fait par l’absorption d’un photon. L’énergie du photon doit correspondre exactement à la différence d’énergie entre deux niveaux. (Absorber un photon)
50
Excitation collisionnelle
Le passage d’un niveau inférieur à un niveau supérieur se fait suite à une collision avec une particule. L’énergie de la particule n’a pas à être de même valeur à la différence d’énergie entre deux niveaux
51
La lumière est une onde ou une particule
C’est les deux en même temps, mais un va dominer sur l’autre tout dépendant le milieu
52
Lorsqu’on envoie un photon à la fois (lumière avec très faible intensité)
Les photons avaient tendance à préférer certains endroits, après beaucoup de temps (on obtient une figure d’interférence)
53
Énergie d’un photon
Considéré comme corpuscule ayant l’énergie hf
54
Ni modèle ondulatoire ni le modèle corpusculaire ne peut
Tout expliquer le phénomène de la lumière
55
Les électrons possèdent aussi cette dualité. Les électrons vont aussi forme une figure
d’interférence. L’électron passe par les deux fentes en même temps. (S’il y a une seule fente, il n’y aura pas d’interférence)
56
7 trucs à savoir sur l’état quantique
- la superposition ( des états quantiques )
Un photon peut avoir plusieurs vitesses en même temps et il peut être à plusieurs endroits (états) en même temps.
- L’indétermination de la mesure
- La réduction des états (plusieurs vitesses, mais quand il arrive dans un détecteur une seule vitesse)
- La dualité onde-particule
- La quantification des propriétés (électron prend tous les chemins possibles en même temps pour arriver à un endroit
- le principe d’incertitude (on ne peut pas connaître la vitesse et la position en même temps (on peut mesurer qu’un état à la fois)
- L’effet tunnel (il y a une petite probabilité qu’un des états de l’électron soit de l’autre côté de la barrière.
57
La radioactivité est
Le phénomène physique par lequel des noyaux atomiques instables (dits radionucléides ou radioisotopes) se désintègrent spontanément en d’autres noyaux en émettant simultanément des particules de matière et de l’énergie
58
Un nuclide est un
Noyaux qui a un nombre donné de protons et de neutrons (Nucléons) est désigné par
59
Les isotopes d’un élément
Sont des atomes avec le même nombre de protons et nombre de neutrons différents
60
3 faits sur les isotopes
- Certains isotopes sont stables et vont pouvoir exister pour toujours.
- beaucoup d’autres isotopes sont instables et vont finir par se transformer en un autre isotope
- Tous les éléments qui ont un numéro atomique inférieur ou égal à 83 (bismuth) ont au moins un isotope stable (à l’exception du technétium, éléments 43, et du prométhium, élément 61).
61
62
Lors de leur transformation, les isotopes instables
Émettent des particules. Cette émission de particules est la radioactivité. Les isotopes qui se transforment sont les isotopes radioactifs
63
La nature des particules émises par un élément radioactif
Les particules alpha; un noyau d’hélium positivement chargé He (arrêté par une simple feuille de papier ou couche d’air).
Les particules béta: peuvent parcourir plusieurs metres dans l’air.
B- un électron (e-) ou B+ un positon ou antiélectron (e+)
Les rayons gamma : des photons dont la longueur d’onde est plus courte que celle des RX (très dangereuses peu altérer l’ADN, elle traverse le corps humain).
s
64
Énergie libérée lors d’une désintégration alpha
65
Dans une désintégration bêta, un noyau émet
Un électron ou un antiélectron (aussi appelé positron ou position). L’électron émis n’a absolument rien à voir avec les électrons qui sont dans les orbitales.
66
Vrai ou faux: il est possible de transformer un proton en neutron ou un neutron en proton
Vrai, les réactions de transformation, découverte par Fermi en 1934, sont:
67
Les antiélectrons sont de
L’antimatière. Ce sont les antiparticules des électrons. Quand une particules et son antiparticule se rencontrent, elles disparaissent complètement (on dit qu’elles annihilent) en libérant beaucoup d’énergie sous forme de photons
68
La désintégration B-. Si un neutron devient un proton, alors le noyau gagne un
Proton et perd un neutron. On passe donc à l’élément suivant dans le tableau périodique puisqu’on gagne un proton. Le nombre de nucléons reste cependant le même.
69
La désintégration B+ si un proton devient un neutron, alors le noyau
perd un proton et gagne un neutron. On passe donc à l’élément précédent dans le tableau périodique puisqu’on perd un proton. Le nombre de nucléons reste cependant le même.
70
La désintégration gamma. Il y a plusieurs façon d’exciter un noyau atomique. Par exemple,
Une collision avec un autre noyau peut faire monter un nucléon de niveau. Il arrive souvent qu’une désintégration donne un noyau excité.
71
Chaque atome a une certaine probabilité de se
Désintégrer durant la prochaine seconde. Cette probabilité est donné par la constante de désintégration s^-1
72
Dans la désintégration gamma, le photon émis a beaucoup d’énergie et
Il est très difficile de la bloquer. S’il faut simplement une feuille de papier pour bloquer des rayons alpha, 1mm de plomb pour bloquer des rayons beta, il faut 3,8 cm de plomb ou 28 cm de béton pour bloquer 90% des rayons gamma provenant de la désintégration du cobalt 60. Il y aura toujours un certain pourcentage de rayons gamma qui réussiront à traverser.
73
La demi-vie indique
Au bout de combien de temps la moitié des noyaux se sont désintégrés
74
Le tau de désintégration correspond au rythme auquel
Le nombre de noyaux diminue
75
Quand l’organisme meurt, l’apport de carbone 14 cesse et la quantité de carbone 14 va
Alors diminuer de façon exponentielle avec une demi-vie de 5730 ans. En mesurant la proportion de carbone 14 dans l’organisme mort, on peut déterminer depuis combien de temps il est mort
76
On peut utiliser la loi de désintégration pour dater certains objects si ces derniers contiennent des éléments radioactifs. Un des modes de datation les plus connus est la
Datation au carbone 14. Tous les organisme vivants incorporent du carbone durant leur vie et une partie du carbone naturel est du carbone 14 radioactif.
77
1 Ci = 3.7x10^10
78
Pourquoi on ne peut pas dépasser la vitesse de la lumière
Car ce ne serait que pour atteindre la vitesse de la lumière on aurait besoin d’une quantité infinie de lumière
79
Pourquoi la relativité restreinte est restreinte
Car elle ne s’applique que dans des cas très simples, pour des mouvements qui ne se font qu’en ligne droite et à vitesse constante. Elle n’est pas en mesure de décrire d’autres types de mouvements (par exemple des changements de direction, des accélérations, des ralentissements ou encore des rotations).
80
Énoncez les deux postulats de la théorie de la relativité restreinte. En quoi sont-ils contre-intuitifs.
Le 2e postulat est contre-intuitifs, car il est très difficile de s’imaginer la vitesse de la lumière invariante dans tous les référentiels
1er postulat: Toutes les lois de la physique sont valables dans tous les référentiels d’inertie.
2er postulat: La vitesse de la lumière dans le vide est la même dans tous les référentiels d’inertie. Elle ne dépend pas du mouvement de la source ou de l’observateur.
81
Vrai ou faux ? Dans une situation donnée, le temps propre et la longueur propre sont toujours mesurés dans le même référentiel.
Faux (l’exemple 8.4)
82
Expliquez l’expérience portant sur la désintégration des muons : (a) du point de vue de la dilatation du temps; (b) du point de vue de la contraction des longueurs
Les muons qui chutent vers le sol peuvent atteindre des vitesses virtigineuses (soit 0,995c). Du point de vue des muons, pour le muons c’est la terre (en particulier l’atmosphère qui se déplacent très rapidement dans sa direction. Par le phénomène de contraction des longueurs le muons va voir une atmosphère contractée et beaucoup plus fine et par conséquent il va pouvoir la traverser entièrement avant d’avoir eu le temps de disparaître. D’autre part, si l’on se place du point de vue d’un l’observateur sur Terre, ce sont les muons qui se déplacent avec une très grande vitesse. Par le phénomène de dilatation des durées, on va donc voir les muons évoluer au ralenti et par conséquent, leur durée de vie va nous sembler très allongée. Encore une fois les muons vont avoir le temps d’atteindre le sol, bien avant de ne s’être désintégrés. Pour conclure le simple fait que la vitesse de la lumière soit invariante entraine de très lourdes conséquences sur notre façon de voir le monde. La relativité restreinte nous enseigne que le temps et l’espace ne sont pas des notions absolues, deux observateurs vont potentiellement les percevoir de façon différente.
83
Que deviendrait l’écoulement du temps si on pouvait voyager à la vitesse de la lumière ?
Difficile à dire, puisque l’on ne peut pas aller à la vitesse de la lumière. Je vais traiter le problème en une dimension, comme si nous nous déplacions sur une ligne. Ce qui se passerait sera remarquable : l’écoulement du temps dans notre nouveau référentiel serait «nul», ce qui ne se peut pas en réalité: l’écoulement du temps dans les autres référentiels (imaginez des objets sur la ligne imaginaire qui ont des vitesses différentes à la notre) serait infini…).. bref on pourrait atteindre une distance infinie en un temps nul… et le temps dans les autres référentiels serait infini pour toutes distances (vous comprenez maintenant pourquoi c’est impossible)
84
L’espérance de vie d’un être humain est de 71,5 ans. Cela signifie-t-il qu’un être humain peut s’éloigner de la Terre jusqu’à une distance maximale voisine de 71,5 années-lumière ? (L’année-lumière est la distance parcourue par la lumière en une année).
Non, Il pourra vivre 70 années dans son vaisseau. Sur la terre, on dira que le déplacement du sera
85
Expliquer la différence entre une excitation radiative et une excitation collisionnelle
Excitation radiative: le passage d’un niveau inférieur à un niveau supérieur se fait par l’absorption d’un photon. L’énergie du photon doit correspondre EXACTEMENT à la différence d’énergie entre deux niveaux.
Excitation collisionnelle: Le passage d’un niveau inférieur à un niveau supérieur se fait suite à une collision avec une particule. L’énergie de la particule n’a pas à être de même valeur à la différence d’énergie entre deux niveaux.
86
L’hydrogène a un seul électron, mais il émet plusieurs raies spectrales. Expliquez pourquoi.
L’hydrogène a un sel électron, mais il peut être dans différents états énergétiques. Par exemple, il peut être dans l’état fondamentale. Si on lui fournit de l’énergie, il peut changer d’état et atteindre des états plus énergétiques. Par exemple, il peut passer de l’état fondamentale (n=1) à l’état n=3. Les trois postulats de Bohr mènent à une quantification de l’énergie de l’atome à un seul électron. Ainsi, on a l’équation l’énergie mécanique de l’atome dans le modèle de Bohr.
Lorsque l’électron passe d’un état excité à une autre d’énergie inférieure, il émet un photon qui a une fréquence caractéristique à la transition. Puisque plusieurs transitions sont possibles, on dit que l’atome émet plusieurs raies spectrales.
(On va avoir plusieurs raies parce que dans un gaz il y a des millions d’atome qui ne suivent pas tous la même désexcitation).
87
Supposons que l’électron dans l’atome d’hydrogène parte du niveau n=4. Combien de raies peut-on observer ?
Deux raies dans le spectre visible (bleu et rouge), trois raies dans la série de Lyman et une dans la série de Paschen, Les noms des séries ne sont pas importantes… au total, il y a 6 raies qui peuvent être détectées et deux sont visibles à l’œil
88
Expliquez pourquoi les noyaux les plus lourds possèdent une proportion plus grande de neutrons que les plus légers.
Les noyaux les plus lourds possèdent une proportion plus grande de neutrons que les plus légers et ce, en raison de la stabilité nucléaire. La stabilité nucléaire correspond à la stabilité du noyau d’un atome. Elle dépend de la force de répulsion des protons (à longue portée) et de la force nucléaire (à courte portée) qui favorise l’attraction des nucléons. Pour cette raison, plus le nombre de protons augmente, plus la force de répulsion augmente (étant à plus longue portée). Pour cette raison, les noyaux lourds nécessitent une proportion plus importante de neutrons pour compenser la force de répulsion entre les protons chargés positivement et maintenir la stabilité du noyau
89
Vrai ou faux ? Lors d’une désintégration radioactive, la masse du noyau résultant est toujours plus petite que celle du noyau de départ.
Faux, dans la désintégration gamma, le noyau produit est le même que le noyau de départ.
90
Le nuclide 226 sur 88 Ra a une demi-vie de seulement 1599a, or on le trouve dans des roches datant de plusieurs milliards d’années. Comment est-ce possible ?
1. Le nombre de noyau à un instant t est …
Après un temps correspondant à une demi-vie ce nombre est réduit de moitié et devient donc, No/2. Après un autre demi-vie, le nombre est encore réduit de moitié et ainsi de suite. Le nombre de noyau (et la fonction exponentielle) ne s’annule à jamais comme on peut le voir sur la figure.
2. Il arrive souvent que le résultat d’une désintégration radioactive nous donne un noyau qui est lui aussi radioactif, qui à sont tour se désintégrera en un autre noyau radioactif et ainsi de suite jusqu’à ce qu’on arrive à un noyau stable. Par exemple, voici quelques séquences possibles qu’on peut obtenir à partir de l’uranium 238 et qui se termine au plomb 206, et incluant les demi-vies de ces désintégrations. Ainsi, même si le radium se désintègre assez rapidement (à l’échelle géologique), il y a du nouveau radium qui apparaît continuellement à cause de la désintégration de l’uranium,qui elle se fait beaucoup plus lentement (demi-vie de 4,51 milliards d’années
91
Quel est le nuclide manquant dans chacune des désintégrations suivantes
92
Les nuclides situés sous la «limite de stabilité» de la figure 12,5 (p.530) ont-ils tendance à émettre des électrons ou des positons ? Pourquoi?
Les nuclides situés sous la limite de stabilité doivent gagner des neutrons pour rejoindre la zone de stabilité. Pour ce faire, il faudra que certains protons se transforment en neutrons avec l’émission de particules B+. Par conséquent, les nuclides situés sous la limite de stabilité ont tendance à émettre des positons. Regardez la figure 12.13, la désintégration B+ est représenté en couleur orange.
93
1 ci =
3,7 x10^10 Bq
94
La relativité restreinte nous enseigne que
le temps et l’espace ne sont pas des notions absolues, deux observateurs vont potentiellement les percevoir de façon différente.
