Mesure de la vitesse de la lumière
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Mesure de la vitesse de la lumière La cellule photoélectrique , Jean Terrien Puf, 1959 pp. 121-124 Texte et TEST Mesure de la vitesse de la lumière 2 Choisissez : 1) Vous pouvez lire le texte d’abord et passer au test des pages 5 et 6 ensuite 2) Ou directement commencer par les pages 5 et 6. Les réponses sont mises en évidence aux pages 7 et 8. 26/09/2016 π Mesure de la vitesse de la lumière Mesure de la vitesse de la lumière 3 π TEXTE Depuis Römer, qui avait déduit la vitesse de la lumière de l’observation des éclipses des satellites de Jupiter, depuis Fizeau, qui a mesuré cette vitesse sur terre par la méthode de la roue dentée, et Foucault qui a imaginé la méthode du miroir tournant, l’intérêt théorique de la vitesse de la lumière n’a cessé de croître. Le nombre qui mesure cette vitesse est égal au rapport des unités électromagnétique et électrostatique de quantité d’électricité; la relativité nous a appris que c’était la vitesse limite qu’aucun signal ne pouvait dépasser; elle nous a appris aussi que 1 g de matière renferme une énergie mesurée par le carré de la vitesse de la lumière, soit 1021 ergs, ou 30 millions de kilowattheures; c’est une petite partie de cette énergie qui se manifeste lors de l’explosion d’une bombe atomique, et qui entretient le feu du soleil depuis des milliards d’années. Aussi est-il naturel que l’on cherche toujours à mesurer la vitesse de la lumière avec encore plus de précision. Une méthode, employée par Anderson puis par Bergstrand, utilise un photomultiplicateur et de la lumière modulée à très haute fréquence. Cette modulation est obtenue au moyen d’une cellule de Kerr, l’obturateur à réponse quasi instantanée dont nous avons déjà parlé, sur laquelle on applique la tension d’un oscillateur électrique à haute fréquence; la lumière est interrompue 20 millions de fois par seconde, et des paquets de lumière se succèdent à une distance de 15 m, courant les uns derrière les autres à une vitesse de 300 000 km/seconde environ, vitesse qu’il s’agit de mesurer exactement. On sait mesurer, avec une erreur inférieure au millionième, la fréquence des interruptions, c’est-à-dire le nombre des trains de lumière qui traversent l’obturateur pendant chaque seconde; si l’on peut mesurer la distance qui les sépare dans leur course, il est clair que leur vitesse sera le produit de cette distance par la fréquence. Voici une façon de procéder. Supposons que cet intervalle entre les trains successifs de lumière soit exactement 15 m. Offrons à la lumière deux trajets repliés sur eux-mêmes, de longueur différente, la différence étant 15 m : le faisceau sortant de l’obturateur de Kerr se divise en deux sur une lame semitransparente (cf. figure), et pendant qu’un train de lumière parcourt le trajet le plus long et revient sur lui-même, le train suivant parcourt le trajet le plus court. Ces deux trains consécutifs se retrouvent donc après avoir suivi chacun un trajet différent, et ils se recouvriront exactement si les trajets diffèrent exactement de l’intervalle qui les séparait initialement. Si l’on ajoute au plus grand trajet un demi-intervalle, un train viendra se placer au milieu de l’intervalle des deux autres. C’est ce que l’on cherche à mettre en évidence au moyen d’une cellule à multiplication d’électrons sur laquelle on superpose les faisceaux partiels ayant cheminé par les deux trajets. On ajuste systématiquement leur différence de longueur de façon à rendre minimum les fluctuations périodiques de la lumière sur la cellule. A ce moment, la différence des trajets est 1,5 fois (ou 2,5 ou 3,5) fois l’intervalle de deux trains. Le choix de l’entier est facile; la fréquence étant connue, et étant mesurée en mètres la longueur de chacun des trajets, leur différence, multipliée par la fréquence de la cellule de Kerr, et divisée par 1,5 (ou 2,5, ou 3,5) donne la vitesse de la lumière. 26/09/2016 Mesure de la vitesse de la lumière π 4 La meilleure valeur actuelle est 299 792 km/seconde, avec une incertitude de quelques km/seconde. Inversement, la vitesse de la lumière étant connue, on peut mesurer une distance par le temps que met la lumière à la parcourir. Bergstrand a mis au point un “géodimètre” qui sert pour la mesure précise des bases géodésiques et fonctionne sur ce principe. Malgré le travail de nuit, son emploi est commode dans les pays montagneux, lorsque les extrémités de la base à mesurer sont séparées par des ravins inaccessibles. Jean Terrien, La cellule photoélectrique 26/09/2016 Puf, 1959 Mesure de la vitesse de la lumière 5 π TEST Exercice de style et de lexique. Compléter chaque espace : Mesure de la vitesse de la lumière Depuis Römer, qui avait (verbe pour “la déduction”) __________ la vitesse de la lumière de l’observation des éclipses des satellites de Jupiter, depuis Fizeau, qui a mesuré cette vitesse sur terre par la méthode de la roue dentée, et Foucault qui a imaginé la méthode du miroir tournant, l’intérêt théorique de la (voir titre)_____________ de la lumière n’a cessé de croître. Le nombre qui mesure cette vitesse est égal au rapport des unités électromagnétique et électrostatique de quantité d’électricité; la relativité nous a appris que c’était la vitesse limite qu’(particule de la négation) _________ signal ne pouvait dépasser; elle nous a appris aussi que 1 g de matière renferme une 21 énergie mesurée par le carré de la vitesse de la lumière, soit 10 ergs, ou 30 millions de kilowattheures; c’est une petite partie de cette énergie qui se manifeste (contemporanéité = durant) _______ de l’explosion d’une bombe atomique, et qui entretient le feu du soleil (loc. temporelle = qui dure ; utilisée 2 fois dans les lignes précédentes) ___________ des milliards d’années. __________ (mot qui justifie l’inversion du verbe et du sujet) est-il naturel que l’on cherche toujours à mesurer la vitesse de la lumière avec encore plus ______ précision. Une méthode, employée par Anderson puis par Bergstrand, utilise un photomultiplicateur et de la lumière modulée à très haute fréquence. Cette modulation est obtenue ( = avec) au ___________ d’une cellule de Kerr, l’obturateur à réponse quasi instantanée dont nous avons déjà parlé, sur laquelle on applique la tension d’un oscillateur électrique à haute fréquence; la lumière est interrompue 20 millions de _______ par seconde, et des paquets de lumière se succèdent à une distance de 15 m, courant les uns derrière les autres à une vitesse de 300 000 km/seconde environ, vitesse qu’il _________ (impersonnel pour : “être question de”) de mesurer exactement. On sait mesurer, avec une erreur inférieure ______ millionième, la fréquence des interruptions, c’est-à-dire le nombre des trains de lumière qui traversent l’obturateur pendant chaque seconde; si l’on peut mesurer la distance qui les sépare dans leur course, il est clair que leur vitesse sera le produit de cette distance ______ la fréquence. _________ (présentatif) une façon de procéder. Supposons que cet intervalle entre les trains successifs de lumière ________ exactement 15 m. Offrons à la lumière deux trajets repliés sur eux-mêmes, de longueur différente, la différence étant 15 m : le faisceau sortant de l’obturateur de Kerr se divise en deux sur une lame semi-transparente (cf. figure), et pendant qu’un train de lumière parcourt le trajet le plus long et revient sur lui-même, le train suivant parcourt le trajet le plus court. Ces deux trains consécutifs se retrouvent donc après avoir suivi __________ un trajet différent, et ils se recouvriront exactement si les trajets diffèrent exactement de l’intervalle qui les séparait initialement. Si l’on ajoute au plus grand trajet un demi-intervalle, un train viendra se placer au milieu de l’intervalle des deux autres. C’est ce que l’on cherche à mettre en évidence au moyen d’une cellule à multiplication d’électrons sur laquelle on superpose les faisceaux partiels (p. présent : avoir) __________ cheminé* par les deux trajets. On ajuste systématiquement leur différence de longueur de façon à rendre minimum les fluctuations périodiques de la lumière sur la cellule. A ce moment, la différence des trajets est 1,5 fois (ou 2,5 ou 3,5) fois l’intervalle de deux trains. Le choix de l’entier est facile; la fréquence (p. présent : être) ___________ connue, et (p. présent : être) ___________ mesurée en mètres la longueur de chacun des trajets, leur différence, multipliée par la fréquence de la cellule de Kerr, et divisée par 1,5 (ou 2,5, ou 3,5) donne la vitesse de la lumière. 26/09/2016 Mesure de la vitesse de la lumière 6 π La meilleure valeur actuelle est 299 792 km/seconde, avec une incertitude de (it = qualche) ____________ km/seconde. Inversement, la vitesse de la lumière étant connue, (indéfini) ________ peut mesurer une distance par le temps que met la lumière à la parcourir. Bergstrand a mis au point un “géodimètre” qui sert pour la mesure précise des bases géodésiques et fonctionne sur ce principe. Malgré le travail de nuit, son emploi est commode dans les pays montagneux, lorsque les extrémités de la base à mesurer sont séparées par des ravins** inaccessibles. * = parcourir ** = valloni Jean Terrien La cellule photoélectrique Puf, 1959 26/09/2016 Mesure de la vitesse de la lumière 7 π Corrigé Mesure de la vitesse de la lumière Depuis Römer, qui avait déduit la vitesse de la lumière de l’observation des éclipses des satellites de Jupiter, depuis Fizeau, qui a mesuré cette vitesse sur terre par la méthode de la roue dentée, et Foucault qui a imaginé la méthode du miroir tournant, l’intérêt théorique de la vitesse de la lumière n’a cessé de croître. Le nombre qui mesure cette vitesse est égal au rapport des unités électromagnétique et électrostatique de quantité d’électricité; la relativité nous a appris que c’était la vitesse limite qu’aucun signal ne pouvait dépasser; elle nous a appris aussi que 1 g de matière renferme une énergie mesurée par le carré de la vitesse de la lumière, soit 10 21 ergs, ou 30 millions de kilowattheures; c’est une petite partie de cette énergie qui se manifeste lors de l’explosion d’une bombe atomique, et qui entretient le feu du soleil depuis des milliards d’années. Aussi est-il naturel que l’on cherche toujours à mesurer la vitesse de la lumière avec encore plus de précision. Une méthode, employée par Anderson puis par Bergstrand, utilise un photomultiplicateur et de la lumière modulée à très haute fréquence. Cette modulation est obtenue au moyen d’une cellule de Kerr, l’obturateur à réponse quasi instantanée dont nous avons déjà parlé, sur laquelle on applique la tension d’un oscillateur électrique à haute fréquence; la lumière est interrompue 20 millions de fois par seconde, et des paquets de lumière se succèdent à une distance de 15 m, courant les uns derrière les autres à une vitesse de 300 000 km/seconde environ, vitesse qu’il s’agit de mesurer exactement. On sait mesurer, avec une erreur inférieure au millionième, la fréquence des interruptions, c’est-à-dire le nombre des trains de lumière qui traversent l’obturateur pendant chaque seconde; si l’on peut mesurer la distance qui les sépare dans leur course, il est clair que leur vitesse sera le produit de cette distance par la fréquence. Voici une façon de procéder. Supposons que cet intervalle entre les trains successifs de lumière soit exactement 15 m. Offrons à la lumière deux trajets repliés sur eux-mêmes, de longueur différente, la différence étant 15 m : le faisceau sortant de l’obturateur de Kerr se divise en deux sur une lame semitransparente (cf. figure), et pendant qu’un train de lumière parcourt le trajet le plus long et revient sur lui-même, le train suivant parcourt le trajet le plus court. Ces deux trains consécutifs se retrouvent donc après avoir suivi chacun un trajet différent, et ils se recouvriront exactement si les trajets diffèrent exactement de l’intervalle qui les séparait initialement. Si l’on ajoute au plus grand trajet un demi-intervalle, un train viendra se placer au milieu de l’intervalle des deux autres. C’est ce que l’on cherche à mettre en évidence au moyen d’une cellule à multiplication d’électrons sur laquelle on superpose les faisceaux partiels ayant cheminé par les deux trajets. On ajuste systématiquement leur différence de longueur de façon à rendre minimum les fluctuations périodiques de la lumière sur la cellule. A ce moment, la différence des trajets est 1,5 fois (ou 2,5 ou 3,5) fois l’intervalle de deux trains. Le choix de l’entier est facile; la fréquence étant connue, et étant mesurée en mètres la longueur de chacun des trajets, leur différence, multipliée par la fréquence de la cellule de Kerr, et divisée par 1,5 (ou 2,5, ou 3,5) donne la vitesse de la lumière. 26/09/2016 Mesure de la vitesse de la lumière π 8 La meilleure valeur actuelle est 299 792 km/seconde, avec une incertitude de quelques km/seconde. Inversement, la vitesse de la lumière étant connue, on peut mesurer une distance par le temps que met la lumière à la parcourir. Bergstrand a mis au point un “géodimètre” qui sert pour la mesure précise des bases géodésiques et fonctionne sur ce principe. Malgré le travail de nuit, son emploi est commode dans les pays montagneux, lorsque les extrémités de la base à mesurer sont séparées par des ravins inaccessibles. Jean Terrien La cellule photoélectrique Puf, 1959 (à suivre) 26/09/2016