CH 4: La vitesse de la lumière

CH 4: La vitesse de la lumière ( livre ch12 p190-205 )
Les exercices Tests ou " Vérifie tes connaissances " de chaque chapitre sont à
faire automatiquement sur le cahier de brouillon pendant toute l’année.
Tous les schémas d’optique sont à réaliser uniquement au crayon et à la règle.
Noter dans le cahier de texte pour la séance prochaine:
A lire Documents pages 198-200.
Cahier de brouillon :exercices tests de 1 à 7p201 ( solutions p220 ).
Cahier d’exercices ; Exercices: 9,10,13,15 p202-203
Pour le
: Cahier d’exercices ; Exercices: 16,17 et 18 p202-203.
Objectifs:
* Savoir que la lumière peut se propager dans le vide et dans
certains milieux.
* Savoir que la lumière a une vitesse qui dépend du milieu traversé.
* Connaître la vitesse dans le vide et dans l'air.
* Utiliser la vitesse dans les calculs en astronomie.
I) Propagation de la lumière.
Quelles sont les substances ou corps qui laissent passer
la lumière et ceux qui la bloquent?
A) Les milieux de propagation.
1) Milieux transparents: vide, air, gaz, eau, et le verre
2) Milieux translucides : papier calque, verre dépoli.
3) Milieux opaques: Tous les objets solides
La lumière se propage dans les milieux transparents et translucides.
La lumière est arrêtée ou bloquée par les milieux opaques.
Quand l'épaisseur d'un milieu transparent devient trop grande,
les abysses: la lumière ne peut plus se propager; il fait noir.
B) Comment se comporte la lumière dans les différents milieux ?
Dans la cour. Quel est le chemin le plus court que vous allez suivre?
8cm
Tu es ici!
Vous avez la même
vitesse, le chemin le
plus court est la 4cm
ligne droite.
d1= 5,6 cm
d = d1 + d2 =11,2 cm
d2=5,6cm
4cm
8cm
Une personne vous appelle.
Sur la plage. Quel est le chemin le plus court que vous allez suivre?
Tu es ici!
On suppose que ta vitesse
d1=
est deux fois plus grande
Sable.
sur le sable que dans l'eau:
Quand tu parcours 1cm
sur le sable; dans l'eau tu
traverses la moitié de la
distance cad 0,5cm
Sable; d1 : 1cm Æ 1cm
Eau; d2 : 1cm Æ 2cm
Rechercher la plus petite
distance d = d1 + d2
d2=
Eau.
C)Conclusion. Si on
change de milieu lors de
la propagation, la ligne
droite n'est plus le court chemin.
Une personne vous appelle.
II) La lumière a une vitesse.
A) La vitesse : que signifie ce mot ?
Que signifie la plaque de limitation de vitesse 30 ?
dkm
Vitesse limitée à 30km heure.
h
Vx t
ou Vitesse limitée à 30km par heure.
km
30: vitesse V ( ---- )
h
30km : distance parcourue d
d ( on utilise cette formule
V=
heure: durée de parcours t
t si d et t sont connus )
30
d
VX t
d
V
X
t
d
t=
V
( on utilise cette formule
si d et V sont connus )
d = VX t
( on utilise cette formule
si V et t sont connus )
B) Vitesse de la lumière ( v ) ou célérité ( c ). C'est la plus grande
vitesse connue à nos jours, aucun mobile ne peut atteindre sa valeur.
V = 299 792 458 m/s
V = 300 000 000 m/s ( dans le vide )
En une seconde la lumière parcourt une distance de 300 000 km
( Elle peut faire sept tours et demi autour de la terre ! )
d 300 000 km 300 000 km / s
V= =
=
d
t
1s
V = 3 X 10 5 km / s = 3 X 10 8 m / s
V :( 3 , 5 km / s ) = ( 3 , 8 m / s
)
V x t
La distance terre- soleil = dTS= 15x107 km = 15x1010 m.
Calculer la durée t que met la lumière pour atteindre la terre.
15 X10 ( 7-5 ) 5 X102 s
d
15x107 km
t=
=
=
=
5
V
3x10 km /s
3
t = 500 s Æ t = 500 / 60 = 8,33min = 8min 20s
La lumière met 8minutes et 20 secondes pour arriver sur terre.
C) Vitesse de la lumière dans différents milieux.
Classer les vitesses par ordre croissant. Attribuer à chaque milieu
la valeur de la vitesse de la lumière.
V3 = 200 000 km/s V2== 188
188 000
000 km/s
km/s V6== 299
299 792,
792, 458
458 km/s
km/s
V4= 225 000 km/s
V
Milieu
Vitesse
( km / h)
Classement
Croissant de V
Quotient:
cristal
V2
2
Vvide
1,60
VM
V1== 124
124 000
000 km/s
km/s
V5== 299
299 710,
710, 636
636 km/s
km/s
verre
eau
vide
diamant
air
V3
V4
V6
V1
V5
3
4
6
1
5
1,50
1,33
1,00
2,42
1,00
III) Distances dans l'univers.
Le système solaire:
Composition.
Soleil au centre et huit planètes ( + astéroïdes ,
comètes et satellites )gravitent autour .
9 6
Mercure
Soleil
5
7
3
2
Mars
4
8
Pluton
Uranus
Jupiter
Terre
Vénus
1
Neptune
Saturne
En partant du soleil:Me, V( eb ), T, Ma , J , S , U, N.
A) Durée que met la lumière pour arriver sur les planètes
PLANETE
Mercure
Vénus
Terre
Distance Soleil-P
(Mkm)
58
108
150
Durée t = d/v
193,3 s
3,2min
5,96
8
( minutes )
3
6
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
Pluton
228
778
1427
2870
4500
5950
13
43
80
140
250
5 54x106km
180x3x10
Mercure d = t xtV=
= 3min
= 3x60s= =180s
5 = 540x10
5 = 108x10
6km 5
= t 360x3x10
x V= 180x3x10
Vénus d = t xdV=
Terre d = t x V= 500x3x105 = 150x106km
Soleil
Mars d = t x V= 780x3x105 = 228x106km
d
V x t
Jupiter d=txV= 2593x3x105=778x106km
Saturne
d=txV= 4756x3x105=1427x106km
d=txV= 9500x3x105=2850x106km
d=txV= 15000x3x105=4500x106km
Uranus
Neptune
B) L'année lumière ( a.l ): c'est la
distance que parcourt la lumière en
une année.
Nuage de Magellan
d= V x t
d = 3x105x365,25x24x 3600
5
3x10
=
x 3,16x107
d
d = 9,42x1012 km
t = 170000ans
d = 170 000 x 9,42 x 10 12 km
d = 1.6 x 10 18 km
Terre
t = 450ans
t = 4,3 ans
Étoile polaire
d = 450 x 9,42 x 10 12 km
d = 4,24 x 10 15 km
d = 4,3 x 9,42 x 10 12 km
d = 4,0 x 10 13 km
Proxima du centaure
La plus proche
étoile du soleil
IV) Le son ( bruit ) se propage-il à la même vitesse que la lumière ?
Proposer une activité où l'on peut montrer que le son ne se
propage que dans certaines conditions.
Cloche à vide
A) Activité1: Cloche à vide et réveil.
-Réveil à l'extérieur: son est audible et fort.
-Réveil à l'intérieur: son est audible
mais faible.
-Réveil à l'intérieur, on vide la cloche de
l'air qu'elle contient: le son devient
très faible et à peine audible.
Réveil
Le son se propage dans toutes les directions, il a besoin de milieu
matériel pour se propager ( à l'opposé de la lumière ). Plus il y a de
matière plus la vitesse du son est grande.
B) Vitesse du son dans certaines substances.
Associer à chaque vitesse la substance correspondante.
340 m/s
1300 m/s
V4 = 3950 m/s
VV1== 340
VV
2==1300
V5== 5050
5050 m/s
m/s
VV3== 1500
m/s
1500 m/s
Milieu
granit
verre
eau
Vitesse
3950
5400
1500
( m / s)
5400 m/s
VV6== 5400
acier
5050
plomb
air
1300
340
Plus le milieu est rigide plus le son va vite.
C) Son ( Vs ) et lumière ( VL ) .
VL
Vs
3 x 108 m/s
= 3 x 102 m/s =
ORAGE
108
102
= 10 ( 8 – 2 ) = 10 6 = UN MILLION
Éclair ( instantané ) VL .
Tonnerre Vs: 3sÆ
Æ1km
On compte après l'éclair
jusqu'à entendre le tonnerre,
Ex: 15s, on divise par 3; La
foudre est tombée à 5km.