La propagation de la lumière (Chap2)

La propagation de la lumière (Chap2)
I. Visualisation d’un faisceau de lumière
Un faisceau de lumière ne se voit pas.
On peut le visualiser si des poussières ou autres particules se
trouvent sur sa route.
Ces poussières diffusent une partie de la lumière reçue vers
nos yeux.
Pas de poussières
Le faisceau est invisible
Poussières
Le faisceau est visible
La lumière qui atteint un grain de poussière est
diffusée dans toutes les directions. On peut voir le
grain de poussière dans toutes les directions.
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II. Propagation rectiligne de la lumière
Expérience N°1
Expérience N°2
Expérience de la chambre noire
Expériences : mise en évidence de la propagation rectiligne
de la lumière.
Dans un milieu transparent et homogène, la lumière se
propage en ligne droite de la source vers le détecteur de
lumière ou l’objet éclairé.
(voir rayons laser)
REMARQUE
Quand la propagation de la lumière ne se fait plus dans un
seul milieu homogène, son trajet n’est plus rectiligne :
c’est le phénomène de réfraction.
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Réfraction dans l’eau
Mirages
3
Mirage
inférieur
Mirage
supérieur
Fibres optiques
La fibre optique est un media (un fil de verre, entouré
d'une gaine "réfléchissante" pour faire circuler de la
lumière) qui permet de transférer des données
numériques à très haut débit : video, son,
communications téléphoniques. Elle utilise les
propriétés de la lumière produites par des lasers aux
extrémités. La fibre optique offre des débits très
élevé de l'ordre de la centaine de Mbits/s jusqu'au
Gbits/s voir le Tbits/s.
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Sortie de la lumière
Réflexion de la lumière
Fibre optique
Arrivée de la lumière
Fontaines lumineuses
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III. Représentation des rayons et faisceaux lumineux
Un faisceau lumineux est un ensemble de rayons lumineux qui
ne se voient pas. Par convention, on matérialise sur un schéma
un faisceau en représentant les deux rayons extrêmes qui
limitent ce faisceau. Une flèche indiquera le sens de
propagation à partir de la source.
Exemple
Matérialisons le faisceau de lumière qui se propage à travers
un écran percé d’un trou.
Écran opaque
Écran percé
Source
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Rayon
Pinceau
Faisceau
La lumière change d’épaisseur lorsqu’elle traverse une
fente et ce, peu importe la grosseur de celle-ci.
IV. Vitesse de propagation de la lumière
Qu'appelle-t-on vitesse ?
La vitesse est le rapport de la distance parcourue pendant un
temps donné :
Vitesse =
distance
temps
Exemple :
On parcourt une distance de 80 km en une heure à la
vitesse de :
vitesse =
distance 80
=
= 80km/h
temps
1
Quelle est la vitesse de la lumière ?
La lumière se déplace à une vitesse de
300 000 km/s = 300 000 000 m/s = 3. 108 m/s
En 1 seconde, la lumière parcourt donc 300 000 km
TOUS SUR ORBITE, L’été, semaine 34 (chapitre 11), 1:08:00 (1min 30s)
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La longueur de l'équateur est de 40 000 km. Combien de fois
la lumière pourrait-elle parcourir cette distance en 1s ?
La lumière pourrait parcourir :
300 000
3.10
=
40 000
4.10
5
4
=
30
4
= 7,5 fois le tour de la terre
La lumière met 1,28 s pour nous parvenir de la Lune.
’’
8 min 20s
’’
du Soleil.
’’
4,3 ans
’’
de l’étoile Proxima.
Les distances en Astronomie sont très grandes et on les
exprime dans une unité de longueur qui s’appelle l’annéelumière (symbole a.l.)
L'année lumière est la distance parcourue par la lumière en
une année.
Ainsi l’étoile Proxima du Centaure qui est la plus proche de
nous, se trouve à 4,3 a.l. de la Terre.
Distance(km) = vitesse(km/s) x temps(s)
Il y a 365,25 jours par an, 24 heures par jour et 3600 s dans
une heure.
1 a.l. = 300 000 x 365,25 x 24 x 3600 (en km)
= 9,5 x 1012 km (9 500 milliards de km !)
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V. Quelques notions d’Astronomie
Le Soleil appartient à un ensemble de 100 milliards d’étoiles
qu’on appelle la Galaxie.
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Il existe des milliards de galaxies semblables à la nôtre,
situées à des millions d’années-lumière.( )
Les objets les plus lointains que les astronomes ont pu
observer se trouvent aux confins de l'univers observable :
environ 10 milliards d‘années-lumière.
TOUS SUR ORBITE, L’été, semaine 31 (chapitre 8), 0:45:00 (5min 48s)
Expérience N°1
Si on place des écrans percés les uns derrière les autres, il faut aligner
les trous sur une droite pour observer une source de lumière à travers
l'ensemble des écrans.
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Expérience N°2
On aligne des objets en masquant la lumière diffusée par chaque
objet avec l'objet qui le précède.
La lumière diffusée se propage en ligne droite.
Expérience de la chambre noire
Une chambre noire est une boîte dont une face est percée d’un trou
de quelques millimètres de diamètre et la face opposée remplacée
par un écran de papier calque.
La chambre noire a été découverte au XVIe siècle par un physicien
italien : Giambattista Della Porta
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Expérience de la chambre noire
Fabrication d’une chambre noire 1
Prendre une boîte de conserve vide et percer un petit trou au fond de
la boîte.
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Fabrication d’une chambre noire 2
Placer sur le côté ouvert une feuille de papier calque fixée par du
ruban adhésif.
Fabrication d’une chambre noire 3
Placer autour de la boîte un cylindre de papier noir d’au moins
20 cm de long
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Fabrication d’une chambre noire 4
Orienter ensuite cette chambre noire vers une lampe ou un
paysage bien éclairé. On verra apparaître sur le papier calque une
image inversée de ce qui se trouve devant l’appareil.
Fabrication d’une chambre noire 5
Vers 1660, on perfectionna le dispositif en remplaçant le petit trou de la
chambre noire par un trou plus grand muni d’une lentille ce qui permettait
d’obtenir une image plus lumineuse. Dans les années 1820-1850,
Nicéphore Niepce, Louis Daguerre et William Fox Talbot inventent des
procédés d’enregistrement chimique des images. Ainsi naquit la
photographie. (En italien, «chambre noire» se dit «camera obscura»…)
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La Galaxie d’Andromède M31
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La Galaxie d’Andromède M31
La Galaxie M101
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La Galaxie M101
La Galaxie NGC 5248
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