Références TABLES DES MATIÈRES DE LIVRES BENSON, Harris (1993). Physique III : ondes, optique et physique moderne, Saint-Laurent, Éditions du Renouveau Pédagogique, Inc., 318 p. Table des matières 1 Les oscillations...2 1.1 L'oscillation harmonique simple...3 1.2 Le système bloc-ressort...5 1.3 L'énergie dans un mouvement harmonique simple...7 1.4 Les pendules...8 Le pendule simple... 8 Le pendule composé... 9 Le pendule de torsion... 10 1.5 Les oscillations amorties... 11 1.6 Les oscillations forcées... 12 2 Les ondes mécaniques... 20 2.1 Les caractéristiques des ondes... 21 Déplacement du milieu... 21 2.2 La superposition d'ondes... 22 2.3 La vitesse d'une impulsion sur une corde... 23 2.4 La réflexion et la transmission... 24 2.5 Les ondes progressives... 26 2.6 Les ondes sinusoïdales progressives... 27 2.7 Les ondes stationnaires... 29 2.8 Les ondes stationnaires résonantes sur une corde... 30 2.9 L'équation d'onde... 32 2.10 La propagation de l'énergie sur une corde... 33 2.11 La vitesse de propagation des ondes le long d'une corde... 34 3 Le son... 41 3.1 La nature des ondes sonores... 41 3.2 Les ondes sonores stationnaires résonantes... 44 Tuyaux fermés... 45 Tuyaux ouverts... 45 3.3 L'effet Doppler... 46 (a) Source au repos, observateur en mouvement... 47 (b) Source en mouvement, observateur au repos... 47 3.4 L'interférence dans le temps; les battements... 48 3.5 La vitesse des ondes longitudinales dans un fluide... 49 3.6 L'intensité du son... 50 Le niveau de puissance acoustique : Échelle de décibels... 51 3.7 Les séries de Fourier... 52 BENSON. Physique III : ondes, optique et physique moderne 1
4 Réflexion et réfraction de la lumière... 59 4.1 Le spectre électromagnétique... 60 La lumière visible... 60 Le rayonnement ultraviolet... 60 Le rayonnement infrarouge... 61 Les micro-ondes... 61 Les signaux de radio et de télévision... 61 Les rayons X... 61 Les rayons γ... 61 4.2 L'optique géométrique... 62 4.3 La réflexion... 62 La loi de la réflexion... 62 Le principe de Huygens... 64 4.4 La réfraction... 65 4.5 La réflexion totale interne... 67 4.6 Le prisme et la dispersion... 69 4.7 Les images formées par un miroir plan... 71 4.8 Les miroirs sphériques... 73 Tracé des rayons principaux... 75 La formule des miroirs... 76 Grandissement transversal... 76 4.9 La vitesse de la lumière... 78 La méthode de Römer... 78 La méthode de Fizeau... 78 Aperçu historique L'expérience du prisme de Newton... 80 Sujet connexe L'arc-en-ciel... 82 5 Les lentilles et les instruments d'optique... 90 5.1 Les lentilles... 90 Les tracés des rayons principaux... 91 La formule des lentilles minces... 92 5.2 La loupe... 94 5.3 Le microscope composé... 96 5.4 Le télescope... 98 5.5 L'œil... 101 5.6 Les dioptres sphériques... 103 5.7 La formule des opticiens... 103 6 L'optique physique (I)...110 6.1 L'interférence... 111 6.2 La diffraction... 113 6.3 L'expérience de Young... 114 6.4 L'intensité lumineuse dans l'expérience de Young... 115 6.5 Les pellicules minces... 116 La nature de la couleur dans les pellicules minces...117 L'enduit antireflet sur les lentilles...118 Les pellicules d'épaisseurs variables...119 Les anneaux de Newton...120 6.6 L'interféromètre de Michelson... 121 6.7 La cohérence... 122 Aperçu historique Les deux théories de la lumière... 124 Les contributions de Newton et Grimaldi...124 BENSON. Physique III : ondes, optique et physique moderne 2
L'émergence de la théorie ondulatoire...124 7 L'optique physique (II)...130 7.1 La diffraction de Fraunhofer et la diffraction de Fresnel... 131 7.2 La diffraction produite par une fente simple... 131 Interférence et diffraction combinées...133 7.3 Le critère de Rayleigh... 134 7.4 Les réseaux... 135 7.5 Les fentes multiples... 136 Cas de trois fentes...137 Cas de N fentes...138 7.6 L'intensité de la figure de diffraction produite par une fente simple... 139 7.7 Le pouvoir de résolution d'un réseau... 141 7.8 La diffraction des rayons X... 142 7.9 La polarisation... 143 La polarisation par double réfraction...144 La polarisation par réflexion...144 La polarisation par absorption sélective...145 La polarisation par diffusion...145 Sujet connexe L'holographie... 151 Le principe de l'hologramme...151 Les propriétés d'un hologramme...152 8 La relativité restreinte...156 8.1 Introduction... 156 8.2 L'expérience de Michelson-Morley... 157 L'hypothèse de la contraction...158 8.3 La covariance... 158 Trois cas problématiques...158 8.4 Les deux postulats d'einstein... 160 8.5 Définitions... 160 Synchronisation des horloges...161 8.6 La relativité de la simultanéité... 162 8.7 La dilatation du temps... 163 8.8 La contraction des longueurs... 165 8.9 L'effet Doppler en relativité... 168 8.10 Le paradoxe des jumeaux... 168 8.11 La transformation de Lorentz... 170 8.12 L'addition des vitesses... 171 8.13 La quantité de mouvement et l'énergie... 172 L'équivalence masse-énergie...172 La quantité de mouvement...173 8.14 La relativité et l'électromagnétisme... 175 8.15 La formulation de la transformation de Lorentz... 175 8.16 Le paradoxe de la perche et de la grange... 176 9 Les débuts de la théorie quantique...184 9.1 Le rayonnement du corps noir... 184 La loi de Planck...186 L'hypothèse quantique d'einstein...187 9.2 L'effet photoélectrique... 188 BENSON. Physique III : ondes, optique et physique moderne 3
Le photon...188 L'équation photoélectrique...189 9.3 L'effet Compton... 190 9.4 Le spectre de raies... 191 9.5 Les modèles atomiques... 192 9.6 Le modèle de Bohr... 194 9.7 La dualité onde-particule de la lumière... 197 9.8 Le principe de correspondance de Bohr... 198 Sujet connexe Les lasers... 204 10 La mécanique ondulatoire...208 10.1 Les ondes de Broglie... 208 10.2 La diffraction des électrons... 209 10.3 L'équation d'onde de Schrödinger... 211 10.4 La fonction d'onde... 212 10.5 Applications de la mécanique ondulatoire... 213 Particule enfermée dans une boîte...213 Puits de potentiel fini...214 Traversée d'une barrière, effet tunnel...215 10.6 Le principe d'incertitude de Heisenberg... 216 10.7 La dualité onde-particule... 218 Sujet connexe Les microscopes électroniques... 223 Les microscopes électroniques à transmission...223 Les microscopes électroniques à balayage...223 Les microscopes à effet tunnel...226 11 Atomes et solides...227 11.1 Les nombres quantiques de l'atome d'hydrogène... 227 11.2 Le spin... 229 11.3 Les fonctions d'onde de l'atome d'hydrogène... 230 11.4 Les rayons X et la loi de Moseley... 231 11.5 Le principe d'exclusion de Pauli et le tableau périodique... 233 11.6 Les moments magnétiques... 235 L'expérience de Stern-Gerlach...235 11.7 La théorie des bandes des solides... 236 Conducteur...237 Isolant...237 Semi-conducteur...238 11.8 Les dispositifs semi-conducteurs... 239 La diode à jonction...239 Le transistor à jonction...240 Les dispositifs photovoltaïques...241 La diode électroluminescente...241 Sujet connexe La supraconductivité... 246 Les propriétés des supraconducteurs...246 La théorie BCS de la supraconductivité...248 Les jonctions de Josephson...249 Les supraconducteurs haute température...250 12 La physique nucléaire...251 12.1 La structure du noyau... 252 12.2 L'énergie de liaison et la stabilité du noyau... 253 BENSON. Physique III : ondes, optique et physique moderne 4
12.3 La radioactivité... 255 La désintégration alpha...256 L'effet tunnel pour les particules α...256 La désintégration β...257 La désintégration gamma...258 12.4 La loi de désintégration radioactive... 258 La datation radioactive...259 12.5 Les réactions nucléaires... 260 12.6 La fission... 261 12.7 La fusion... 263 Sujet connexe Les réacteurs à fission et à fusion... 270 Les réacteurs à fission...270 Les réacteurs à fusion...271 13 Les particules élémentaires...274 13.1 L'antimatière... 274 13.2 Les forces d'échange... 276 Les quanta de champ...277 Les particules de résonance...277 13.3 La classification des particules... 278 Interactions : Leptons et hadrons...278 Le spin : Fermions et bosons...279 L'étrangeté...280 L'isospin...280 13.4 La symétrie et les lois de conservation... 281 13.5 Le groupe SU(3) et les quarks... 282 La particule Ω -...283 Les quarks...284 13.6 La couleur... 285 13.7 Les théories de jauge... 285 L'invariance locale...285 13.8 L'interaction électrofaible... 286 Rupture de la symétrie...287 13.9 Les nouveaux quarks... 287 13.10 La chromodynamique quantique... 289 13.11 La grande théorie unifiée... 290 Annexes...291 A Unités SI... 291 B Rappels de mathématiques... 293 C Rappels de calcul différentiel et intégral... 297 D Tableau périodique des éléments... 299 E Masses atomiques... 301 Ce document est tiré du site http://www.fsg.ulaval.ca/opus, les Outils Pédagogiques Utiles en Sciences (OPUS). Chaire CRSNG/Alcan pour les femmes en sciences et génie au Québec Dernière mise à jour : 5 mai 2003 BENSON. Physique III : ondes, optique et physique moderne 5