Classique

1) Référentiel galiléen: R(x,y,z),t

2) Transformation de Galilée: R(x,y,z),t ==> R'(x',y',z'),t'

3) Le principe relativité Galilée: Une loi de la mécanique a la même forme dans tous les référentiels galiléens R

Caractéristiques d'une particule de masse m:
4) Impulsion:

5) Energie:

6) Loi fondamentale (Newton) :

7) Travail

8) La Gravitation (Newton):

Relativiste

1') Référentiel galiléen: R(x,y,z,t) espasce-temps dim=4
2') Transformation de Lorentz: R(x,y,z,t) ==> R'(x',y',z',t')



3') Le principe relativité Einstein: Une loi de la nature a la même forme dans tous les référentiels galiléens R, et la vitesse de la lumière est constante

Caractéristiques d'une particule de masse m:
4') Impulsion:

5') Energie:

6') Loi fondamentale (Newton) :

7') Travail

8') La Gravitation (Newton):

Note

Pour passer de la mécanique classique à la mécanique relativiste , Einstein a du remplacé toutes les équations sauf la dernière, la 8ième équation (la gravitation), il a beaucoup du mal à la remplacer ... il lui a falu 10 ans de travail acharné pour réussir!!!

Voyons comment on remplace ces équations
(1)->(1'): Espace -> Espace-temps
(2)->(2'): TG -> TL
(3)->(3'): Pricipe Galilée -> Principe Einstein

Une particule P (ou un système) est caractérisée par un paramètre S nommé action, l'action est une intégrale par rapport au temps dt
S = ∫ L(x,v) dt
L nommé le lagrangien de la particule.
En Relativité Restreinte on doit avoir S = S' càd invariant par la tranformation de Lorentz

La première chose à faire c'est qu'il faut trouver le lagrangien d'une particule relativiste. Allons y

on sait que dt n'est pas un invariant par contre si on prend √(1-v²/c²)dt c'est un invariant donc on ne va pas casser la tête on va prendre quelque chose de très simple

S = ∫ k√(1-v²/c²)dt où k est une constante à déterminée, S ainsi choisi est bien sûr un invariant

La constante k est déterminé de façon à retrouver L = mv²/2 (la lagrangien classique) quand c = ∞ pour ça on va faire un développement limité sur v²/c² (en zéro puisque c=∞) et ça nous donne

S = ∫ k(1-v²/2c²)dt
S = ∫ (k-kv²/2c²)dt virons le k en trop qui ne sert à rien , on prend L encore plus simple c'est tout!
S = ∫ -kv²/2c²dt

donc L = -kv²/2c² = mv²/2 ====> k = -mc²
finalement
L = -mc²√(1-v²/c²)

Par définition l'impulsion de P est:
p = ∂vL (Notation: ∂v = ∂/∂v)
et son énergie:
E=v.p - L

ce qui donne l'impulsion de P :(4) -> (4'):

p = ∂vL = ∂v(-mc²√(1-v²/c²)) =


car v² = v.v

puis son énergie: (5) -> (5'):

E=v.p - L



(6) -> (6'): on réécrit (6) f = mγ = m dv/dt = d(mv)/dt = dp/dt
(7)->(7'): on dérive E par rapport au tempt t de la relation:
E² = p²c² + m²c4

Il reste la dernière l'équation (8) la gravitation, pour la changer il faut passer à la Relativité Générale !!!

Commentaire

Ces changements changent radicalement nos pensés et nos habitudes ...
1'. Espace-temps -> pas facile à convevoir
2'. Le temps, la longeur, la simultalité .... dépend de l'observateur -> difficile à accepter
3'. Ok normal et logique
4'. Pourquoi pas ?, rien de spécial
5'. Nouvelle énergie E=mc² quand la particule est au repos (classique v=0 ==> E=0)
6'. La variation de p qui produit la force, cause de mouvement (classique cause de mouvement=variation de vitesse)
7'. Rrien à dire
8'. ===> Relativité Générale

La Relativité Restreinte travaille dans l'espace de Minkowski on a unifié les quantités suivantes:
4'+5' ===> quadrivecteur énergie-impulstion pi = (E/c, p)
6'+7' ===> quadrivecteur force fi = (γW/c, γf)

et on a la relation
dpi/dτ = fi (τ=temps propre)






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DMJ: 19/07/2018











Principes

Newton a postulé 3 principes qui sont à la base de la mécanique classique
Principe 1: L’existance des référentiels d’inertie (galiléen)
Principe 2: Action/réaction: Tout corps en contact produit des forces action/réaction (les forces opposées)
Principe 3: La cause de mouvement c’est la variation des vitesses: f = m γ


Principe la moindre action :

Tout coprs (ou système) possède une action S, pour passer d’un état à l’autre il dépend le moindre possible de sa patrimoine δS = 0


Principe des symétries:

1. L’espace est homogène: pas de position privilégée
2. L’espace est isotop: pas de direction privilégée
3. Le temps est uniforme: s’écoule de façon uniforme


Principe de la Relativité d'Einstein:

1. Les lois sont les même dans tout référentiel galiléen
2. La vitesse de la lumière est la même dans tout référentiel galiléen


Référentiel galiléen:

Un référentiel R est galiléen si:
Une particule libre (n'est soumise à aucune interaction) a une vitesse (par rapport à R) constante.