Chapitre 4 vitesse de la lumière

Chapitre 4 : La vitesse de la lumière
I) Quels milieux la lumière peutpeut-elle traverser ?
Expériences :
Observations :
L’œil reçoit de la lumière derrière le verre et il voit nettement la lampe.
L’œil reçoit de la lumière derrière le papier calque mais il ne voit pas nettement la lampe.
L’œil ne reçoit pas de lumière derrière le carton.
Interprétations :
Le verre est un milieu transparent, la lumière peut le traverser.
Le papier calque est un milieu translucide. Il diffuse la lumière.
Le carton est un milieu opaque. Il absorbe la lumière.
Conclusion :
La lumière peut se propager dans tous les milieux transparents (solide, liquide ou gaz).
Au contraire elle ne se propage pas dans les milieux opaques.
II) Quelle est la vitesse de la lumière ?
1) Dans le vide :
(voir document histoire de la mesure de la vitesse de la lumière)
1
Dans la vie courante, la lumière semble se propager de façon instantanée d’une lampe par
exemple jusqu’aux objets qu’elle éclaire.
En réalité la lumière chemine avec une vitesse tellement grande qu’il a été pendant très
longtemps difficile de la mesurer avec précision.
On sait maintenant que la valeur approchée de la vitesse de la lumière dans le vide est de
l’ordre de v = 300 000 km/s = 3 × 105 km/s soit encore v = 3 × 108 m/s
Cela signifie que la lumière parcourt une distance de 300 000 km c'est-à-dire 300 000 000 m
en une seule seconde.
La lumière ne met donc que 1,3s pour parcourir les 380 000 km qui séparent la Lune de la
Terre.
2) Dans d’autres milieux :
Dans notre environnement, la lumière se déplace dans l’air et non dans le vide. On admettra
que la vitesse de la lumière dans l’air est sensiblement la même que dans le vide, à savoir
300 000 km/s.
La valeur de la vitesse de propagation de la lumière est différente dans chaque milieu
transparent mais est toujours inférieure à la vitesse de la lumière dans le vide.
Voici quelques exemples :
Milieu transparent
Eau
Verre
Diamant
Vitesse de la lumière dans ce milieu
225 563 km/s
200 000 km/s
123 000 km/s
III) PeutPeut-on calculer une distance astronomique à l’aide de la
lumière ?
1) La distance Terre-Soleil :
Le Soleil, la principale source primaire
de lumière qui éclaire la Terre, est situé
en moyenne à 150 000 000 km de nous
(ou encore 1,5 × 108 km).
Combien de temps, sa lumière met-elle
pour parvenir jusqu’à nous ?
Pour calculer ce temps, il faut utiliser la relation de la vitesse : v =
d
(la vitesse est égale à la
t
distance parcourue divisée par le temps de parcours).
On a dTerre-Soleil = 1,5 × 108 km
Et vlumière = 3 × 105 km/s
2
Donc on a :
t=
d 1,5 × 10 8 1,5
=
=
× 10 3 = 0,5 × 10 3 = 500 s
5
v
3
3 × 10
Il faut donc 500 secondes (soit environ 8min20s) à la lumière pour parcourir la distance
Soleil-Terre.
2) L’année lumière :
La distance Terre-Soleil, très grande à notre échelle, est cependant très faible devant les
distances qui nous séparent des autres étoiles.
Ainsi l’étoile la plus proche de la Terre autre que le Soleil, Proxima du Centaure se trouve
déjà à 4 × 1013 km (soit 400 mille milliards de kilomètres).
Les astronomes ont décidé d’utiliser une autre unité pour exprimer ces énormes distances :
l’année lumière (a.l). Une année lumière représente la distance parcourue par la lumière
pendant 1 an.
Une année lumière représente environ 10 mille milliards de kilomètres, soit près de 250
millions de fois le tour de la Terre.
3) Distance des étoiles :
En années lumières, Proxima du Centaure se situe à 4,2 a.l de la Terre : la lumière que nous
en recevons a quitté cette étoile il y 4,2 années.
Exprimer une distance en années lumières permet de connaître le temps que met la lumière
pour parcourir la distance qui nous sépare de la source de lumière.
Dans l’Univers, les étoiles sont regroupées en galaxies constituées chacune de milliards
d’étoiles. Les distances de la Terre à ces galaxies peuvent atteindre des millions d’années
lumières !
Notre Galaxie, que l’on appelle la Voie Lactée, a un diamètre de l’ordre de 100 000 a.l. Elle
contient environ 200 milliards d’étoiles dont notre Soleil.
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