LA VITESSE DE LA LUMIERE

LA VITESSE DE LA LUMIERE
Chapitre 4 :
I-La lumière et sa propagation
1-La vitesse de propagation de la lumière dans le vide.
●La lumière est une onde électromagnétique et comme toute onde
électromagnétique elle se propage à environ 300 000 km/s dans le vide.
2-Variation de la vitesse de la lumière en fonction du milieu de
propagation.
● Voici un tableau récapitulant la vitesse de la lumière en fonction du milieu de
propagation.
Milieu
Vide
Air
Eau
Verre
diamant
Vitesse (km/s)
300 000
300 000
225 000
195 000
125 000
● Ainsi la vitesse de la lumière se propage plus rapidement dans le vide ou dans
l’air que dans l’eau, le verre.
3-Conclusion :
● La vitesse de la lumière dans le vide ou dans l’air vaut environ 300 000
km/s soit 3.108m/s.
● La vitesse de la lumière dépend du milieu de propagation et est plus petite
dans la matière que dans le vide.
II-Notion de vitesse et des calculs de distances d’astres
1-Définition d’une vitesse de la lumière.
La lumière se propage à la vitesse v parcourt une distance d pendant une durée t,
telle que :
v=d/t
d=v.t
t=d/v
Unités :
-si d est en mètre et t en seconde (s), alors v est en mètre par seconde (m/s)
-si d est en kilomètre (km) et t en seconde (s), alors v est en kilomètre par
seconde (km/s).
2-Calculs d’une vitesse.
Dans un cristal, la lumière parcourt une distance de 3 cm en une durée de 5x10 -11
s. Calculer alors la vitesse de la lumière dans ce cristal.
3-Calculs d’une distance.
Afin de déterminer avec précision la distance Terre-Lune, un miroir a été placé
sur La Lune. Un rayon LASER est alors envoyé depuis la Lune sur ce miroir. On
mesure avec un chronomètre la temps que met la lumière pour parcourir l’aller
puis le retour de la distance Terre-Lune.
Le chronomètre affiche alors t=2,43 s.
Déterminer alors la distance Terre-Lune.
4-Calcul d’une durée.
Pourquoi a-t-on longtemps cru que la lumière se propageait instantanément ?
Galilée fut le premier à vouloir tenter de mesurer la vitesse de la lumière. Les
expériences ne donnèrent pas de résultats probants.
Sachant que la distance entre les deux hommes fut de 1800 m et la vitesse de la
lumière est de 300 000 km/s, calculer le temps mis par la lumière pour parcourir
cette distance. Conclure sur la pertinence de l’expérience de Galilée.
III-L’année lumière
« A 1000 année lumière, 1000 ans plus tard »
1-Quelle type de grandeur physique est une « année lumière » (une distance, une
durée, une vitesse, une masse …) ?
ATTENTION : L’ANNEE LUMIERE EST UNE DISTANCE ET NON UNE
DUREE !!!
2-Quelle est la durée mise par les ondes radiométriques (lumière non visible)
pour atteindre la planète des extraterrestres ?
Les ondes ont mis 1000 ans pour atteindre cette planète.
3-Quelle est la distance parcourue par les ondes radiométriques (lumière non
visible) lors de ce voyage ?
La distance parcourue est de 1 000 années lumières.
4-Tenter d’expliquer la phrase « A 1000 année lumière, 1000 ans plus tard ».
La lumière se déplace à 300 000 km/s dans le vide et met 1000 ans pour arriver
sur la planète extraterrestre en partant de la Terre.
5-Donner une définition de l’année lumière.
●Définition de l’année lumière :
L’année lumière (symbole a.l.) est la DISTANCE parcourue par la lumière,
dans le vide, en une année.
6-Sachant que la vitesse de la lumière est de 300 000 km/s, déterminer la valeur
d’une année lumière.
a-Convertir une année en seconde.
●Aide :
1 année = 365,25 jours
1 heure = 60
minutes
1 jour = 24 heures
1 minute = 60 secondes
1 année = 365,25 x 24 x 60 x 60 secondes.
= 31 557 600 s
b-Utiliser la relation d = v x t, pour déterminer une année lumière à partir de la
vitesse et d’une durée.
●Relation : d = v x t
●Calcul :
d = 300 000 x 31 557 600
d ≈ 9,5 x 10 12 km
●Conclusion : Une année lumière correspond à une distance d’environ 9,5 x 10
km
7-Calcul alors la distance entre la Terre et la planète extraterrestre en
kilomètres.
12
1 a.l. = 9,5 x 10 12 km
1 000 a.l = 1 000 x 9,5 x 10
12
km
8-Pourquoi utiliser l’année lumière comme unité en Astronomie ?
Les distances utilisées en Astronomie sont très grandes. Le mètre et le
kilomètre sont des unités trop petites en Astronomie. On utilise l’année lumière.
IV-Voir loin…c’est voir dans le passé
Pour des événements terrestres, la vitesse de la lumière nous parait instantanée.
Mais pour des objets très éloignés, comme les galaxies, la lumière émise voyage
pendant des milliards d’années avant de nous parvenir : les événements que nous
observons se sont déroulés dans un lointain passé.
Voir un événement lointain dans le ciel, c’est le voir tel qu’il était dans le
passé. Ainsi voir loin dans l’espace, c’est voir loin dans le passé.