Ch 13 La vitesse de la lumière

Ch 13 La vitesse de la lumière
1. Propagation de la lumière
La lumière peut se propager dans le vide et dans des milieux transparents comme l’air, l’eau, le verre.
2. Vitesse de la lumière
a. Vitesse de la lumière dans le vide
Définition du mètre : Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une
1
durée de 299 792 458 de seconde.
d
1
Par définition, la vitesse v = t avec d = 1 m et t = 299 792 458 s, la vitesse (ou célérité) c de la lumière dans
1
le vide est : c =
= 299 792 458 m/s
1
299 792 458
D’où : La vitesse de la lumière dans le vide et dans l’air est de 3,00  108 m/s = 300 000 km/s
b. Détermination de la vitesse de la lumière dans une fibre optique :
Avec un oscilloscope, on observe que 9 m de fibre optique sont parcourus en 4,4 × 0,01 × 10-6 = 4,4 × 10-8 s
9
La vitesse de la lumière dans la fibre optique est donc v = 4,4 × 10-8 = 2,0 × 108 m/s
c. Détermination de la vitesse de la lumière dans une matière transparente :
L1
air
Milieu
transparent
L2
Soient c la vitesse de la lumière dans l’air et v la vitesse de la lumière dans le milieu transparent. La lumière
prend le chemin le plus rapide, elle fait d’autant plus de chemin dans l’air que v est plus faible. Si la distance
c L1
L2
parcourue est la même dans chaque milieu alors =
Soit v = c
v L2
L1
Exemple
Pour 5,0 cm dans l’air on trouve L1 = 3,6 cm et pour 5 cm dans le plastique on trouve L2 = 2,5 cm
2,5
La vitesse de la lumière dans le plastique est donc vplastique = 3,00  108  3,6 = 2,1  108 m/s
d. Vitesse de la lumière dans un liquide
Pour connaître la vitesse de la lumière dans un liquide, on remplace le bloc de plastique par une cuve
contenant le liquide.
Exemple pour l’eau
Pour 5,0 cm dans l’air on trouve L1 = 3,6 cm et pour 5,0 cm dans l’eau on trouve L2 = 2,7 cm
2,7
La vitesse de la lumière dans l’eau est donc veau = 3,00  108  3,6 = 2,3  108 m/s
3. Distances dans l’univers
Le Soleil est à 150 millions de km de la Terre, pour nous parvenir la lumière qui vient du Soleil met :
distance
150 000 000
Temps = vitesse = 300 000
= 500 s = 8 min 20 s
L’étoile la plus proche de notre Soleil est Proxima du Centaure, la lumière met 4,4 ans à nous parvenir, on dit
que cette étoile est à 4,4 a.l. (année lumière) de la Terre.
1 a.l. = 365,25  24  60  60  3,00  108 = 9,5  1015 m = 9,5  1012 km