Page 460 - eco-savoirs pour tous

Il s’agit soit de F=ma=m(dv/dt), où v est la vitesse, et a l’accélération
d’un objet de masse m, soit de F=(dp/dt)=d(mv)/dt, où p est sa quantité
de mouvement, égale à mv. Ces deux expressions sont équivalentes parce
que, en mécanique classique, la masse d’un corps est une constante. Mais
en dynamique relativiste, il n’en va plus de même : on doit nécessairement
utiliser une formule dans laquelle la masse inertielle dépend de la vitesse.
Les accélérateurs de particules, les accélérateurs linéaires, les synchrotrons,
les anneaux de collision, ont été construits en tenant compte des lois relati-
vistes du mouvement, car les particules y atteignent des vitesses voisines de
celle de la lumière : s’il n’en avait pas été ainsi, ils ne fonctionneraient pas.
Sachant cela, on peut vérifier que l’énergie d’un objet est effective-
ment calculée par la célèbre formule E=mc². Et en conséquence, même
isolé et immobile, un corps possède une énergie bien déterminée, son
énergie de masse, qui est égale à m0c², m0 étant la masse au repos, qui
est en fait la véritable masse car elle ne dépend que des propriétés intrin-
sèques du corps, et pas de son mouvement. Une des autres conséquences
de cette expression de l’énergie est que, contrairement à ce qu’avait cru
Lavoisier, les réactions chimiques ne conservent pas la masse (au repos).
Il peut y avoir disparition d’énergie et création de masse, ou au contraire
transformation de masse en énergie.

Par exemple, la masse d’une molécule d’eau est inférieure à la somme
des masses de l’hydrogène et de l’oxygène qui la composent. Pour séparer
l’eau en oxygène et en hydrogène, il faut fournir de l’énergie, qui se trans-
mute en masse. Lorsqu’on décompose 1000 tonnes d’eau, l’oxygène et
l’hydrogène libérés pèsent mille tonnes et 0,3 g. Et lorsqu’une réaction in-
verse se produit, la masse au repos des corps produits est inférieure à celle
des corps avant la réaction. La masse manquante, qu’on appelle le défaut
de masse, a été transformée en énergie. Bien que ce défaut de masse soit
en général très faible, il peut représenter, à cause de la très grande valeur
de c, une énergie considérable.
Après l’explosion d’une bombe atomique d’énergie équivalente à 20 ki-
lotonnes de TNT, les poussières produites ont une masse au repos infé-
rieure de 1 g à la masse des corps entrant dans la réaction. Nous savons
que la démonstration la plus (dé)flagrante de cette équivalence de la
masse et de l’énergie a été l’explosion de bombes atomiques pendant et
depuis la Seconde Guerre mondiale, mais beaucoup d’autres consé-
quences, plus pacifiques, sont vérifiées de façon quotidienne par les phy-
siciens qui étudient les particules élémentaires composant les atomes.

460 Eco-Savoirs pour tous rev.1.4 fr © LEAI Marc CARL