Physique : Seconde Cours Chapitre.3 : Lumière et mesure de

Physique : Seconde
Cours
Chapitre.3 : Lumière et mesure de longueurs
I. La vitesse de la lumière
1. Généralités :
Dans le vide et dans les milieux homogènes et transparents, la lumière se propage :
 En ligne droite
 A la vitesse de c = 3,00.108 m.s-1
Cette vitesse c est la plus grande que l’on puisse atteindre.
2. Définition de la vitesse c de la lumière :
c : vitesse de la lumière dans le vide ou dans l’air en mètre par seconde m.s-1
d : distance parcourue par la lumière en mètre (m)
t : durée du parcours en seconde (s)
d
c =
t
3. Année de lumière :
L’année de lumière (symbole : al) est une unité de distance utilisée pour exprimer les distances en astronomie.
L’année de lumière est la distance parcourue par la lumière en une année.
Voir exercices d’application n° 1/3/5
II. Mesure de petites dimensions : voir activité n°4.
1. Principe :
Pour mesurer la dimension d’un très petit objet (cheveu, fil de pèche très fin, ….), on utilise la méthode de diffraction
qui se produit lorsque la lumière rencontre un objet de petite taille.
2. Montage de l’expérience de diffraction :
Laser
Fil de petit diamètre
Ecran
3. Figure de diffraction :
On obtient sur l’écran une figure de diffraction (figure ci-dessous) constituée de tâches lumineuses horizontales
distinctes et symétriques par rapport à l’axe du faisceau laser. La tâche centrale est particulièrement brillante,
les autres le sont de moins en moins.
L
La largeur L de la tâche centrale dépend de :

La distance du laser à l’écran.

Diamètre du fil.
4. Courbe d’étalonnage :
On mesure la largeur L de la tâche centrale pour différents fils de diamètres D connus.
La courbe L = f(D) qui représente la variation de la largeur L en fonction du diamètre des fils porte le nom de courbe
d’étalonnage.
La connaissance de la largeur L de la tâche correspondant à un fil de diamètre inconnu permet, d’après la courbe
d’étalonnage, de déterminer par simple lecture graphique ce diamètre.
Voir exercice d’application n°2
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Exercices d’application
Exercice.1 :
1. Déterminer la distance en km parcourue par la lumière en une année. Donner le résultat avec deux chiffres
significatifs. Conclure.
On donne la vitesse de la lumière : c = 3,00.108 m.s-1
2. L’étoile Proxima de centaure (la plus proche du soleil) se trouve à 4,22 al du soleil. Convertir cette distance en km.
3. Montrer que la lumière du soleil met environ 8 minutes pour parcourir la distance DT/S (Terre-Soleil).
On donne : DT/S = 150 millions de km.
Exercice.2 :
On veut déterminer le diamètre D d’un fil de pêche très fin par la méthode de diffraction. On dispose du matériel suivant :
 Une source laser
 Un écran
 Une règle graduée au mm
 Six diapositives de fils calibrés
 Une diapositive munie du fil de pêche
1. Faire le schéma du dispositif expérimental utilisé.
2. Faire un schéma de la figure observée sur l’écran. Quel est son nom ?
3. Les résultats des différentes mesures sont rassemblés dans le tableau suivant :
Diamètre D du fil (μm)
40
60
80
100
120
140
Largeur L de la tâche centrale (cm)
10,0
7,0
5,6
4,2
3,2
2,8
1
(………)
D
1
, Préciser son unité.
D
1
b) Tracer sur le papier millimétré ci-dessous le graphique L = f ( ). Que peut-on en conclure ?
D
a) Compléter la troisième ligne du tableau en calculant
c) On mesure pour le fil de pêche, une tâche centrale de largeur L = 8,5 cm.
En déduire le diamètre D du fil de pêche.
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Exercice.3 :
Sixième planète du système solaire, Saturne est la plus lointaine des planètes visibles à l’œil nu. Elle est à 1 427 millions de
km du Soleil.
1. Convertir cette distance en mètres et donner le résultat en notation scientifique. Donner l’ordre de grandeur de cette
distance.
2. A quelle distance Saturne se trouve-t-elle en années de lumière du Soleil ?
3. En astronomie, on utilise souvent la distance Terre-Soleil comme unité de distance dans le système solaire :
c’est l’unité astronomique (UA). On donne donc : 1 UA = 150. 106 km.
Donner la distance Saturne-Soleil en unité astronomique (UA).
Exercice.4 :
Le 18 Février 2006, la sonde spatiale Swift détecte dans la constellation d’Ariès située à 440 millions d’années de lumières
une explosion d’une supernova (étoile qui finit sa vie en explosant).
1. Convertir cette distance en km puis en mètres. Donner l’ordre de grandeur (en mètre) de cette distance.
2. Calculer le temps mis par la lumière produite par l’explosion pour nous parvenir.
On donne : c = 3,00.108 m.s-1
Exercice.5 :
Une sonde spatiale envoie, à la vitesse de la lumière des messages sur Terre. La durée d’envoi est d’environ 30 minutes.
A quelle distance de la terre se trouve cette sonde ?
On donne : c = 3,00.108 m.s-1
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