Chapitre 2 : Mesures de distances et lumière

Chapitre 2 : Mesures de distances et lumière
1. Mode de propagation de la lumière
Expérience :
Dans un milieu homogène, la lumière se propage en ligne droite.
On représentera donc le trajet de la lumière par des rayons lumineux.
2. Vitesse de la lumière
La vitesse de la lumière dans le vide et dans l'air est :
c = 3,00.108 m.s-1.
Il s'agit d'une limite, barrière physique inatteignable.
3. L'année-lumière
Puisque la lumière a une vitesse finie, elle met un
certain temps pour parcourir une certaine distance.
L'année-lumière est la distance que parcourt la lumière pendant un an. C'est une unité de longueur.
Que vaut une année lumière ?
c=d
t⇒d=c.t=3,00 .10 ⁸ x365,25 x24 x3600=9,47 .1015 m⇒1a.l.≈1016 m
4. Horizon cosmologique
Ex : l'étoile Proxima Centauri : d = 4,3 al. C'est notre plus proche voisine, après le Soleil.
Nous voyons cette étoile telle qu'elle était il y a 4,3 ans car sa lumière a mis du temps pour parcourir la
distance qui nous sépare.
A cause du fait que la lumière a une vitesse finie, plus nous regardons loin dans l'Univers, plus nous
regardons dans le passé.
(Par analogie, imaginons nous au temps de Louis XIV (1643-1715) ; le Roi, qui est à
Versailles, est très malade ; un message est envoyé à Madame de Sévigné, qui habite le
château de Grignan (Drôme). La diligence met 15 jours pour parcourir la distance Versaille-
Grignan. Lorsque Madame de Sévigné lit le message : « Sa Majesté est très souffrante », le
Roi est déjà mort !)
L'horizon cosmologique est la distance la plus lointaine à laquelle nous pouvons observer.
Il est situé à environ 13,7 milliards d'années-lumière, ce qui signifie que l'Univers est âgé de 13,7
milliards d'années.
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poussière de craie
laser
Pourquoi est-ce une vitesse limite (hors programme 2°) ?
D'après la théorie de la relativité, la masse augmente
avec la vitesse selon la formule :
on voit bien que v ne peut pas égaler c !
m=m0
1−v²
c²

Exercices
Exercice 7 p 23
1. La lumière ayant fait un aller-retour, la distance parcourue est d = 2 x 8633 = 17266 m.
2. La valeur de c trouvée par Fizeau est donc :
c=d
Δt=17266
5,51.10−5=3,13.108m . s−1
.
Exercice 8 p 23
1. L'année lumière est la distance parcourue par la lumière en un an.
2. d = 8,6 x 9,46.1015 = 8,1.1016 m.
Exercice 14 p 24
1.
d=c . Δt
.
2. d = 2,99792458.108 x 2,56442 = 7,68794.108 m.
3.
D=d
2=3,84397.108m
.
Exercice 17 p 25
1. Si l'étoile était située à 6300 a.l. de la Terre, cela signifie que l'explosion a eu lieu 6300 ans avant
l'année 1054, donc en 1054 – 6300 = - 5246. (néolithique, la mer recouvre le Pas-de-Calais et fait de la
Grande-Bretagne une île ; des villages sont construits dans le bassin méditerranéen)
2. Elle serait visible dans 6300 ans, c'est-à-dire en 2016 + 6300 = 8316.
Exercice 19 p 25
1.a.
d=1,70.1016
9,46.1012 =1,80.103a . l .
.
1.b. Oui cette nébuleuse fait partie de notre Galaxie car 1800 a.l. est bien inférieur à la taille de la Voie
Lactée qui est de 100 000 a.l.
1.c. La lumière a été émise aux environs de 2011 – 1800 ≈ 200 de notre ère (antiquité, empire romain).
2.a. Notre galaxie a pour taille T = 100000 x 9,46.1012 = 9,46.1017 km. L'ordre de grandeur de sa taille est
donc 1018 km.
2.b. D = 2,6.106 x 9,46.1012 = 2,5.1019 km. L'ordre de grandeur de D est donc 1019 km.
2.c. L'espace situé entre les deux galaxies est surtout constitué de vide.
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