| QCM N° 08 | Temps et relativité restreinte. | 
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							Temps et relativité restreinte :  
							Pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s). 
							Donnée : 
							 | |||||
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							  | 
							Énoncé | 
							A | 
							B | 
							C | 
							R | 
| 
							1 | 
							En relativité restreinte, la valeur  
							de la vitesse de la lumière dans  
							le vide et dans un référentiel galiléen :  | 
							Est absolue. | 
							Est relative. | 
							Dépend du  
							référentiel. | 
							A | 
| 
							2 | 
							L’invariance dans le vide de la valeur  
							de la lumière dans un référentiel  
							galiléen est un postulat de :  | 
							Galilée. | 
							Newton. | 
							Einstein. | 
							C | 
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							3 | 
							En relativité restreinte, l’horloge  
							qui mesure le temps propre séparant  
							deux évènements doit être :  | 
							Éloignée des  
							lieux des  
							évènements. | 
							Proche des  
							lieux des  
							évènements. | 
							En mouvement  
							par rapport  
							au lieu où  
							se déroulent  
							ces deux  
							évènements. | 
							B | 
| 
							4 | 
							En relativité restreinte, les durées  
							mesurées sont :  | 
							Contractées  
							par rapport  
							aux durées  
							propres. | 
							Les mêmes  
							que les  
							durées propres. | 
							Dilatées  
							par rapport  
							aux durées  
							propres. | 
							C | 
| 
							5 | 
							Les durées mesurée ΔT’ et  
							propre ΔT0 sont reliées par la  
							relation  ΔT’ = γ . ΔT0. | 
							γ 
							s’exprime  
							en m . s–1. | 
							γ 
							s’exprime  
							en s–1. | 
							γ 
							est  
							sans unité | 
							C | 
| 
							6 | 
							Deux personnes munies de  
							chronomètres, fixes dans deux  
							référentiels galiléens, observent  
							les deux mêmes évènements.  
							Les durées séparant ces deux  
							évènements sont sensiblement  
							différentes si :  | 
							Ces deux  
							personnes sont  
							en mouvement  
							l’une par  
							rapport à  
							l’autre à une  
							vitesse de  
							valeur élevée. | 
							Ces deux  
							personnes sont  
							en mouvement  
							l’une par  
							rapport à  
							l’autre à une  
							vitesse de  
							faible valeur. | 
							Ces deux  
							personnes ne  
							sont pas en  
							mouvement  
							l’une par  
							rapport à  
							l’autre. | 
							A | 
| 
							7 | 
							On imagine qu’une personne A  
							munie d’un chronomètre se  
							déplace à 225 000 km . s–1 par  
							rapport à une personne B.  
							La personne B est également  
							munie d’un chronomètre et les  
							référentiels liés à A et B sont  
							galiléens.A 
							mesure la durée  
							propre séparant deux évènements. 
							c 
							= 3,00 
							
							× 
							108 m . s–1 | 
							La durée  
							mesurée par  
							la personne B  
							entre les deux  
							évènements  
							est environ  
							2 fois plus  
							grande que  
							celle mesurée  
							par la  
							personne A. | 
							La durée  
							mesurée par  
							la personne B  
							entre les deux  
							évènements est  
							environ 1,5  
							fois plus  
							grande que  
							celle mesurée  
							par la  
							personne A. | 
							La durée  
							
							mesurée par  
							
							la personne B  
							
							entre les  
							
							deux évènements  
							
							est sensiblement  
							
							égale à celle  
							
							mesurée par  
							la personne A. | 
							B | 
| 
							8 | 
							La mécanique classique :  | 
							Est un  
							cas particulier  
							de la  
							mécanique  
							relativiste. | 
							Est une  
							généralisation  
							de la  
							mécanique 
							 relativiste. | 
							Correspond  
							au cas où γ = 1. | 
							AC | 
| 
							9 | 
							Le caractère relatif du temps  
							est-il à prendre en compte par  
							un observateur fixe dans un  
							référentiel terrestre lorsqu’il  
							mesure la période de battement  
							des ailes d’une mouche volant  
							à 10 km . h–1 ? | 
							Oui. | 
							Non. | 
							On ne  
							peut pas  
							savoir sans  
							connaître la  
							période propre  
							des battements. | 
							B | 
| 
							10 | 
							Une fusée se dirige avec une vitesse v  
							vers une source lumineuse immobile  
							dans un référentiel galiléen. Par  
							rapport au référentiel de la fusée,  
							la vitesse de propagation de la lumière  
							dans le vide est :  | 
							Supérieure  
							à c. | 
							Égale  
							à c. | 
							Inférieure  
							à c. | 
							B | 
| 
							11 | 
							D’après les postulats de la relativité  
							restreinte, si on décrit le mouvement  
							d’un électron soumis à un champ  
							électromagnétique dans deux  
							référentiels galiléens différents : | 
							Les trajectoires 
							 sont décrites  
							de façons  
							identiques. | 
							Les vitesses  
							sont, à  
							chaque instant,  
							identiques. | 
							Les mêmes  
							lois de  
							l’électromagnétisme  
							sont respectées. | 
							C | 
| 
							12 | 
							Une fusée se dirige avec une vitesse  
							v 
							vers une station spatiale immobile  
							dans un référentiel galiléen. Pour un  
							occupant de la station, par  
							comparaison avec une horloge de la  
							station, une horloge embarquée  
							dans la fusée :  | 
							Prend  
							de l’avance. | 
							Prend  
							du retard. | 
							Indique  
							le même  
							temps. | 
							B | 
| 
							13 | 
							Les muons sont des particules  
							instables qui se désintègrent en  
							moyenne au bout d’une durée propre τ.  
							Dans un laboratoire, la durée  
							d’existence mesurée pour des muons  
							animés d’une vitesse proche de c est  
							en moyenne :  | 
							Grande  
							devant τ. | 
							Égale  
							à τ. | 
							Petite  
							devant τ. | 
							A | 
| 
							14 | 
							Une durée mesurée d’un phénomène  
							est toujours :  | 
							Supérieure  
							ou égale  
							à sa durée  
							propre. | 
							Inférieure  
							ou égale à  
							sa durée  
							propre. | 
							Égale à  
							sa durée  
							propre. | 
							A | 
| 
							15 | 
							Concernant les véhicules construits  
							et utilisés par l’homme, la relativité  
							du temps : | 
							N’est pas  
							vérifiable. | 
							Est vérifiable  
							mais n’a  
							aucune  
							conséquence  
							pratique. | 
							Est vérifiable  
							est peut  
							avoir des  
							conséquences  
							pratiques. | 
							C | 
				
►Postulats 
				2 :
- 
				La vitesse de propagation de la lumière dans le 
				vide est indépendante du mouvement de la source lumineuse et 
				elle est invariante dans tout changement de référentiel 
				galiléen.
- 
				Un évènement est un phénomène objectif observable, 
				c’est un fait se produisant à un endroit donné.
- 
				Cas : Référentiel galiléen (R’) en 
				mouvement par rapport au référentiel galiléen (R).
- 
				La durée propre ΔT0 : 
- 
				La durée propre ΔT0, est la 
				durée séparant deux évènements mesurée par une horloge fixe 
				ayant lieu au même point dans un référentiel galiléen (R).
- 
				Cette durée ΔT0 est mesurée par 
				une horloge fixe, proche des deux évènements dans le référentiel 
				(R).
- 
				On utilise les termes de « temps propre » ou 
				« durée propre » (on préfère le terme « durée propre »).
- 
				Une durée propre concernant un objet est une durée 
				mesurée par une horloge immobile dans le référentiel propre à 
				cet objet.
- 
				La durée mesurée ΔT’ :
- 
				La durée mesurée ΔT’ est la durée séparant 
				deux évènements mesurée par une horloge fixe ayant lieu au même 
				point dans un référentiel galiléen (R’) en mouvement par 
				rapport au référentiel galiléen (R).
- 
				Dans le référentiel (R), on mesure la 
				durée propre.
- 
				Dans le référentiel (R’), on mesure la 
				durée mesurée.
- 
				Le référentiel (R’) est en mouvement par 
				rapport au référentiel (R).
- 
				Relativité du temps :
- 
				Les durées ΔT’ et ΔT0 
				sont liées par la relation de dilatation temporelle :
- 
				ΔT’ = γ . ΔT0
- 
				Le coefficient γ (gamma), sans unité, est 
				donné par la relation :
| 
 | 
										
										
						
							
						 
							
							
						
							
						 
							
							
						
							
						 | 
- 
				Dilatation des durées :
- 
				Deux horloges en mouvement relatif ne mesurent pas 
				la même durée entre deux évènements
- 
				ΔT’ ≥  ΔT0
- 
				C’est le phénomène de dilatation des durées.
- 
				Une horloge qui se déplace par rapport à un 
				observateur bat plus lentement qu’une horloge immobile par 
				rapport à l’observateur.
- 
				Expression de γ :
				
| 
 | 
										
										
						
							
						 
							
							
						
							
						 
							
							
						
							
						 | 
- 
				Lorsque la vitesse v << c, la dilatation de 
				temps est imperceptible.
- 
				Si v << c, alors γ ≈ 1 et 
				ΔT’ ≈ ΔT0
- 
				Si v ≈ c, alors γ > 1 et 
				ΔT’ > ΔT0
- 
				Valeur de γ :
- 
				c = 3,00
				
				x 108 m . s–1 et v ≈ 2,25
				
				x 108 m . s–1 
- 
				 
 
				
- 
				Lorsque la vitesse v << c, la dilatation de 
				temps est imperceptible.
- 
				Le postulat d’Einstein est compatible avec les 
				lois de la mécanique classique de Galilée et Newton.
- 
				Si v << c, alors γ ≈ 1 et 
				ΔT’ ≈ ΔT0
- 
				Dans ce cas, la mesure de la durée est 
				indépendante du référentiel choisi.
►Postulat 
				d’Einstein :
- 
				La vitesse de propagation de la lumière dans le 
				vide est indépendante du mouvement de la source lumineuse et 
				elle est invariante dans tout changement de référentiel 
				galiléen.
►Postulat 
				1 :
- 
				Les lois de la physique s’expriment de la même 
				façon dans tous les référentiels galiléens.
►Postulat 
				2 :
- 
				La vitesse de propagation de la lumière dans le 
				vide est indépendante du mouvement de la source lumineuse et 
				elle est invariante dans tout changement de référentiel 
				galiléen.
- 
				Lois physiques :
- Les lois de la physique sont les mêmes dans tous les référentiels galiléens.
-  Ceci ne signifie pas que les 
				mouvements sont décrits de façons identiques.
►Durée 
				propre et durée mesurée :
- 
				Dans le référentiel (R) lié à la station 
				spatiale, on mesure la durée propre.
- 
				Dans le référentiel (R’) lié à la fusée, on 
				mesure la durée mesurée.
- 
				Le référentiel (R’) est en mouvement par 
				rapport au référentiel (R).
- 
				Relativité du temps :
- 
				Les durées ΔT’ et ΔT0 
				sont liées par la relation de dilatation temporelle :
- 
				ΔT’ = γ . ΔT0
- 
				Deux horloges en mouvement relatif ne mesurent pas 
				la même durée entre deux évènements
- 
				ΔT’ ≥  ΔT0
- 
				C’est le phénomène de dilatation des durées.
- 
				L’horloge située dans la fusée retarde par rapport 
				à l’horloge située dans la station spatiale.
- Dans un laboratoire, la durée d’existence mesurée pour des muons animés d’une vitesse proche de c est en moyenne grande devant τ.
-  Il y a en effet dilatation des 
				durées pour la particule en mouvement par rapport au 
				laboratoire.
►Durée 
				propre et durée mesurée :
- 
				Deux horloges en mouvement relatif ne mesurent pas 
				la même durée entre deux évènements
- 
				ΔT’ ≥  ΔT0
- 
				C’est le phénomène de dilatation des durées.
- 
				Une horloge qui se déplace par rapport à un 
				observateur bat plus lentement qu’une horloge immobile par 
				rapport à l’observateur.
►Relativité 
				du temps :
- La relativité du temps est vérifiable et peut avoir des conséquences pratiques.
- C’est un effet faible mais mesurable avec des horloges atomiques.
- Le GPS est un 
				exemple où les effets relativistes ont des conséquences 
				pratiques.
- Les satellites GPS ne sont pas des satellites géostationnaires.
-  Ils se déplacent à près de 20000 km d’altitude 
				avec une vitesse voisine de 3,9 
				× 103 
				m / s dans le référentiel géocentrique.
- 
				À cause de cette vitesse, leurs horloges retardent 
				de 7 μs par jour par rapport aux horloges terrestres.
- 
				Ce retard relève de la théorie de la relativité 
				restreinte.
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