Physique
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Flux de quantité de mouvement. Pression de radiation

On montre dans le cadre de la théorie relativiste, qu'une onde transporte non seulement de l'énergie mais aussi de la quantité de mouvement et du moment cinétique : énergie et quantité de mouvement forment un quadrivecteur.

(Nous n'envisagerons pas ici la question du moment cinétique).

La propriété ci-dessus permet par exemple d'interpréter l'interaction électromagnétique entre 2 particules : c'est par l'intermédiaire du champ que se fait l'échange d'énergie et de quantité de mouvement, et la loi de conservation de la quantité de mouvement doit s'écrire :

(au lieu de la relation classique : )

désignent respectivement les quantités de mouvement de la particule 1, de la particule 2 et du champ.

On admettra ici qu'une "particule relativiste" ayant une masse au repos et une quantité de mouvement possède une énergie telle que :

(où désigne la vitesse de propagation de la lumière).

Pour l'onde électromagnétique associée aux photons (masse au repos ) on a donc simplement :

La quantité de mouvement (pour un élément de volume ) d'une onde électromagnétique qui transporte une énergie dans cet élément de volume est donc :

Cette relation, établie dans le cadre du "modèle corpusculaire de la lumière" (photons) reste également valable dans le modèle classique (la démonstration ne sera pas faite ici).

Une "cible" placée dans un champ électromagnétique est donc soumise à une force de poussée, ou force de radiation exercée par ce champ :

Pour évaluer cette force, on peut donc exprimer la variation de quantité de mouvement du champ pendant l'intervalle de temps (en présence de cette cible), et exprimer que :

(limite quand )

Soit la surface sur laquelle s'exerce cette force.

La pression correspondant à cette force est appelée pression de radiation.

Elle est définie par :

Prenons pour la section droite cylindrique de hauteur (de volume ), et dont les génératrices sont parallèles à la direction de propagation (selon le schéma du § A.8.b). Un tel cylindre contient une certaine énergie et une certaine quantité de mouvement qui peuvent varier à cause de l'interaction du champ et de la cible.

On va évaluer la variation de quantité de mouvement dans les 2 cas suivants :

  1. absorption d'énergie par la cible sans réflexion,

  2. réflexion sur la cible sans absorption d'énergie.

1. Absorption d'énergie par la cible sans réflexion
2. Réflexion sur la cible sans absorption d'énergie
Légende :
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