Relativité

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PARTIE
COMPRENDRE, Loi et modèles
Thème
Temps, mouvement et évolution
Objectifs
 Montrer que les lois de la mécanique de Newton ne sont pas toujours applicables à tous les domaines de la physique
 Énoncer le postulat d’Einstein
 Montrer que la durée qui s’écoule entre deux évènements dépend du choix du référentiel d’étude

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Situation du cours dans la progression de la classe de TS
LES PRÉREQUIS DE L’ÉLÈVE
Niveau
Partie (Thème)
En classe de
Quatrième
Lumière : couleurs, images,
vitesse
Milieux de propagation et vitesse de la lumière
En classe de
Première S
Comprendre - Loi et modèles
(Formes et principe de
conservation de l’énergie)
Observer - couleurs et
images (sources de lumière
colorées)
Définition du référentiel.
Savoir qu’on associe au référentiel, un repère d’espace pour le repérage des positions
dans l’espace, et une horloge pour le repérage du temps.
Célérité des ondes électromagnétiques
En classe de
Terminale S
Observer – Ondes et matière
(Propriétés des ondes)
Comprendre - Loi et modèles
(Temps, mouvement et
évolution)
Interférences des ondes monochromatiques
Définition du référentiel galiléen
Utiliser les notions de cinématique et de dynamique newtoniennes pour décrire
l’évolution temporelle de systèmes physiques
Définition de la quantité de mouvement  d’un point matériel
Définition du temps atomique. Principe et application d’une horloge atomique

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Temps et Relativité restreinte
Notions et contenus
Compétences exigibles
Invariance de la vitesse de la lumière et caractère relatif du temps.
Postulat d’Einstein. Tests expérimentaux de l’invariance de la vitesse de
la lumière.
Notion d’événement. Temps propre.
Dilatation des durées.
Preuves expérimentales.
Savoir que la vitesse de la lumière dans le vide est la même dans tous les
référentiels galiléens.
Définir la notion de temps propre.
Exploiter la relation entre durée propre et durée mesurée.
Extraire et exploiter des informations relatives à une situation concrète où
le caractère relatif du temps est à prendre en compte.

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PLAN
Introduction
I- Transformation galiléenne en mécanique Newtonienne
1. Transformation galiléenne des coordonnées d’un évènement
2. Transformation galiléenne des vitesses
3. Exemples de calculs de vitesses
II- La vitesse de la lumière varie-t-elle d’un référentiel à un autre ?
1. À la recherche d’un milieu de propagation
2. Expérience de Michelson et Morley
3. Le postulat d’Einstein (1905)
4. Quelques tests expérimentaux prouvant l’invariance de la vitesse de la lumière
a- Prisme mobile d’Arago (1810)
b- Expérience d’Alväger (1964 au CERN)
5. Comment la lumière peut-elle se déplacer à la même vitesse quel que soit l’observateur ?
III- Conséquence de l’invariance de la vitesse de la lumière sur l’écoulement du temps
1. Simultanéité de deux évènements
2. Synchronisation du temps
3. Temps propre – Temps mesuré
4. Dilatation des durées
5. Quelques preuves expérimentales de la dilatation des durées
a- Expérience de Hafele et Keating (1971)
b- Durée de vie des muons atmosphériques
c- Le GPS
IV- Le paradoxe des jumeaux
1. Le paradoxe
2. Interprétation
Conclusion - Un métier pour demain

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Introduction
Qui n’a pas rêvé un jour de rester éternellement jeune et donc d’avoir la possibilité de ralentir le temps ?
Au début du 20e siècle, le célèbre physicien Albert Einstein avec la théorie de la relativité restreinte, a montré que ce rêve pouvait être
réalisable !
Nous allons vous montrer dans ce cours comment on pourrait y parvenir !