Physique 2nde – 2007/2008 Chapitre 3 : La lumière et les mesures des distances
Chapitre 3 : La lumière et les mesures de distances
I. Introduction: rayon visuel et rayon lumineux
Dans l'Antiquité, les Grecs pensaient que l’œil émettait un rayon visuel qui se
réfléchissait et revenait à l'œil pour lui apporter les images.
Au 10ème siècle, un savant égyptien étudie l’œil humain et démontre que celui-ci
est un capteur et que les images que nous voyons sont dues à la propagation de
rayons lumineux reçus par l’œil.
II. La propagation de la lumière
1) Le principe de propagation rectiligne de la lumière
Dans tout milieu transparent et homogène, la lumière se propage en ligne
droite.
L’air et le vide sont des milieux transparents et homogènes et la propagation de
la lumière y est donc rectiligne.
Remarque : Il arrive que l'air ne soit pas homogène lorsqu'il existe des grosses
différences de température entre différentes couches d'air. La propagation de
la lumière n'est plus rectiligne et cela donne naissance aux mirages.
2) Application: la méthode des ombres
Cette utilisation de la propagation rectiligne de la lumière inaugurée par Thalès et
conduisit à l'énoncé du fameux théorème portant son nom.
La figure ci-dessous illustre le cas où, pour estimer la hauteur d’un bâtiment, on
utilise un piquet de hauteur h connue planté dans le sol.
Le théorème de Thalès donne alors :
H h h × L
= donc H =
L l l
3) La vitesse de la lumière
On a longtemps cru que la lumière se propageait à une vitesse infinie. Galilée
(Galiléo Galiléi (1564-1642)) est le premier à remettre cette idée en cause et à
tenter de mesurer la vitesse de propagation de la lumière, en vain…
En 1675, un astronome Danois fait une première estimation de la vitesse de la
lumière en observant l'occultation de Io.
Au 19ème siècle, Fizeau, Foucault puis Michelson utilisent la réflexion lointaine
(plusieurs kilomètres) d'impulsions lumineuses pour affiner la valeur de c.
La vitesse de la lumière dans le vide, notée c, est une constante universelle
indépendante du référentiel dans lequel on la mesure.
Sa valeur est c= 299 792 458 m.s-1 3 108 m.s-1.
La vitesse de la lumière dans le vide est une vitesse limite, aucun objet ni même
aucune onde ne peut aller plus vite.
Dans l'air la lumière se propage avec la même vitesse que dans le vide. Dans les
autres milieux transparents (verre, plexiglas, eau, alcool...) la vitesse de la
lumière est toujours inférieure à c.
III. L'année de lumière
1) Définition de l'année de lumière
Le fait que la lumière possède une vitesse de propagation dans le vide qui soit une
constante universelle permet de relier la définition de l’espace à celle du temps car
distance=vitesse temps.
Une année de lumière (symbole a.l.) est la distance parcourue par la lumière,
dans le vide, en une année :
Une année de lumière est une distance qui vaut :
1 a.l. =299 792 458 (36524 3600)=9,45 1015 m 1016 m
2) Les distances en astronomie
L'année de lumière est une unité de distance gigantesque qui convient bien pour
décrire les distances dans l'univers.
Exemples :
- L'étoile la plus proche de la Terre est Proxima du Centaure. Pour nous parvenir,
la lumière émise par cette étoile met 4,3 années ce qui signifie que cette étoile
est située à 4,3 a.l. de la Terre.
- La galaxie d'Andromède quant à elle est située à 106 a.l. de notre Soleil.