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Vidéo de question : Identifier une caractéristique d’un mouvement qui n’est pas brownien Physique

Le schéma suivant montre une zone dans un gaz contenant certaines des molécules du gaz. Les vecteurs vitesse des molécules sont indiquées par les flèches. De quelle manière le schéma ne montre-t-il pas correctement le mouvement brownien des molécules? [A] Chaque molécule se déplace en ligne droite. [B] Les molécules ont toutes la même vitesse. [C] Les molécules se déplacent toutes dans des directions différentes. [D] La distance entre la plupart des molécules est significativement différente par rapport à la distance moyenne entre les molécules.

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Transcription de vidéo

Le schéma suivant montre une zone dans un gaz contenant certaines des molécules du gaz. Les vélocités des molécules sont indiquées par les flèches. De quelle manière le schéma ne montre-t-il pas correctement le mouvement brownien des molécules? (A) Chaque molécule se déplace en ligne droite. (B) Les molécules ont toutes la même vitesse. (C) Les molécules se déplacent toutes dans des directions différentes. (D) La distance entre la plupart des molécules est significativement différente par rapport à la distance moyenne entre les molécules.

Rappelons que nous voulons choisir laquelle de ces explications indique pourquoi le schéma ne montre pas correctement un mouvement brownien. Nous pouvons définir le mouvement brownien de cette façon: il s’agit du mouvement apparemment aléatoire d’une particule dû à des collisions avec d’autres particules. Donc, disons que nous avons une collection de particules qui se déplacent toutes dans des directions différentes et à des vitesses différentes. Au fil du temps, ces particules se heurtent les unes aux autres. Cela signifie que si nous suivons la trajectoire d’une de ces particules, disons celle-ci ici, alors la trajectoire au fil du temps pourrait ressembler à ceci, où chacun de ces petits segments en ligne droite est la trajectoire de la particule entre les collisions.

Nous voyons alors comment ce mouvement est apparemment aléatoire. Il semble aller dans n’importe quelle direction, mais ces directions sont guidées par des collisions. Donc, si c’est à cela que ressemble le mouvement brownien, en quoi les molécules de notre schéma ne présentent-elles pas ce mouvement? Nous voyons que ces six molécules se déplacent dans toutes les différentes directions. C’est une caractéristique du mouvement brownien. Donc, ce n’est pas une raison pour laquelle le schéma ne montre pas ce mouvement.

Comme le prétend la réponse (A), il est vrai que chaque molécule du schéma se déplace en ligne droite. Cela est toujours vrai pour le mouvement brownien entre les collisions avec d’autres particules. Tant qu’une particule donnée ne subit pas de collision, elle se déplacera en ligne droite. La réponse (B) dit que toutes les molécules ont la même vitesse. Nous pouvons dire que c’est le cas en comparant les longueurs de ces vecteurs vitesse. Toutes les longueurs sont les mêmes, ce qui signifie que ces molécules se déplacent toutes avec la même vitesse. Dans un vrai nuage de molécules ou un autre ensemble de particules qui démontrent un mouvement brownien, les vitesses des objets impliqués varient. Certaines particules se déplacent plus vite; certaines se déplacent plus lentement. Et cela est caractéristique des particules qui ont un mouvement brownien.

Il semble donc que la réponse (B) sera notre choix pour dire que le schéma ne montre pas correctement le mouvement brownien. Les molécules du schéma ont toutes la même vitesse, mais cela n’est pas cohérent avec le mouvement brownien. Pour nous assurer que c’est la meilleure réponse, examinons l’option (D). Elle nous dit que la distance entre la plupart des molécules est significativement différente par rapport à la distance moyenne entre les molécules, c’est-à-dire celles du schéma. Rappelons que ces six molécules occupent une zone qui se trouve dans un plus grand ensemble de molécules constituant un gaz.

La réponse (D) dit que l’espacement entre ces molécules, est très différent de l’espacement entre la plupart des molécules qui composent le plus grand gaz. Cependant, comme nous ne voyons pas le reste du gaz, nous ne savons pas si c’est vrai ou non. Et même si c’était vrai, ce ne serait pas une raison pour que le mouvement présenté ici ne démontre pas un mouvement brownien. Même parmi un ensemble de particules qui démontrent un mouvement brownien, à un moment donné, la densité de particules dans la zone de cet ensemble peut varier. Cela ne signifie pas que le mouvement des particules n’est pas brownien. Par conséquent, nous ne choisirons pas non plus la réponse (D).

Cela confirme que le choix (B) est la meilleure réponse. Le fait que toutes les molécules de notre schéma aient la même vitesse nous montre que ce schéma ne montre pas correctement le mouvement brownien.

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