Vrai-Faux

Calculatrice non autorisée

Les exercices comportent 4 affirmations repérées par les lettres a, b, c et d. Indiquer pour chaque affirmation si elle est VRAIE ou FAUSSE. Il est conseillé de justifier vos réponses.

On considère un jet d’atomes de sodium (masse m) sortant d’un four à la vitesse moyenne V₀ = 3,00 × 10³ m ⋅ s^– 1. Ce jet d’atomes est éclairé par un faisceau laser choisi de telle sorte que les atomes de sodium, dans leur état fondamental, puissent absorber les photons du faisceau. Les photons ont même direction et sens opposé au jet d’atomes.

L’atome subit dans un premier temps un choc, puis absorbe l’énergie du photon en passant dans un état excité, puis revient directement au niveau fondamental, quasi-instantanément, selon une émission spontanée. Le cycle choc-absorption-émission a une durée moyenne de 10^– 8 s et est immédiatement suivi par un nouveau cycle.

À la fin du cycle, la vitesse de l’atome est modifiée. La diminution moyenne de vitesse pour un atome s’écrit | ΔV | ¯ ≈ h m⋅λ, avec λ la longueur d’onde du laser.

La relation qui relie la fréquence ν_R, perçue par un récepteur de vitesse V₀, à la fréquence v émise par une source fixe, s’écrit :

● ν R ≈ν c c– V 0, lorsque le récepteur se rapproche de la source ;

● ν R ≈ν c c+ V 0, lorsque le récepteur s’éloigne de la source,

avec c la célérité de la lumière dans le vide.

Données :

● masse de l’atome de sodium : m = 3,82 × 10^– 26 kg ;

● énergie du photon : hν = 3,38 × 10^– 19 J ;

● constante de Planck : h = 6,63 × 10^– 34 J · s ;

● c = 3,00 × 10⁸ m ⋅ s^– 1 ; 3,38 3,82 ≈0,9 ; 3,82 3,38 ≈1,1 ; 6,63 3,38 ≈1,96 ; 3,38 6,63 ≈0,51.

a. Pour un atome de sodium sortant du four, le décalage Doppler est de 5,1 GHz vers le bleu.

b. Au fur et à mesure que l’atome ralentit, le décalage Doppler augmente.

c. Les photons réémis par l’atome sont en tous points identiques aux photons incidents.

d. L’atome de sodium s’arrête au bout d’une milliseconde.