CH 4: La vitesse de la lumière

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1 CH 4: La vitesse de la lumière ( livre ch12 p ) 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 Cahier de brouillon :exercices tests de 1 à 7p201 ( solutions p220 ). Cahier d exercices ; Exercices: 9,10,13,15 p Pour le : Cahier d exercices ; Exercices: 16,17 et 18 p 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.

2 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.

3 B) Comment se comporte la lumière dans les différents milieux? Dans la cour. Vous avez la même vitesse, le chemin le plus court est la 4cm ligne droite. d = d 1 + d 2 =11,2 cm Quel est le chemin le plus court que vous allez suivre? Tu es ici! 8cm d 1 = 5,6 cm 4cm d 2 =5,6cm 8cm Une personne vous appelle.

4 Sur la plage. Quel est le chemin le plus court que vous allez suivre? Tu es ici! On suppose que ta vitesse d est deux fois plus grande 1 = 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; d 1 : 1cm Æ 1cm Eau; d 2 : 1cm Æ 2cm Rechercher la plus petite distance d = d 1 + d 2 Eau. C)Conclusion. Si on change de milieu lors de la propagation, la ligne droite n'est plus le court chemin. d 2 = Une personne vous appelle.

5 II) La lumière a une vitesse. A) La vitesse : que signifie ce mot? Que signifie la plaque de limitation de vitesse 30? Vitesse limitée à 30km heure. V x h 30 ou Vitesse limitée à 30km par heure. t km 30: vitesse V ( ---- ) h 30km: distance parcourue d ( on utilise cette formule heure: durée de parcours t V = d t d km si d et t sont connus ) V d X t t = d V ( on utilise cette formule si d et V sont connus ) V d X t d = V X t ( on utilise cette formule si V et t sont connus )

6 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 = m/s V = m/s ( dans le vide ) En une seconde la lumière parcourt une distance de km ( Elle peut faire sept tours et demi autour de la terre! ) V = d km = = km / s t 1 s V = 3 X 10 5 km / s = 3 X 10 8 m / s V :( 3, 5 km / s ) = ( 3, 8 m / s ) t = d = 15x107 km = 15 V 3x10 5 km /s 3 t = 500 s Æ t = 500 / 60 = 8,33min d V x La distance terre- soleil = d TS = 15x10 7 km = 15x10 10 m. Calculer la durée t que met la lumière pour atteindre la terre. X10 ( 7-5 ) = 5 t X10 2 s = 8min 20s La lumière met 8minutes et 20 secondes pour arriver sur terre.

7 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. V 3 = km/s V 4 = km/s V 2 = km/s V 1 = km/s V 6 = , 458 km/s V 5 = , 636 km/s Milieu Vitesse ( km / h) Classement Croissant de V cristal verre eau V 4 vide diamant V 2 V 3 V 6 V 1 V 5 air Quotient: V vide V M 1,60 1,50 1,33 1,00 2,42 1,00

8 III) Distances dans l'univers. Le système solaire: Composition. Soleil au centre et huit planètes ( + astéroïdes, comètes et satellites )gravitent autour. Soleil 9 Mercure Vénus Terre Mars Jupiter Saturne Uranus En partant du soleil:me, V( eb ), T, Ma, J, S, U, N. A) Durée que met la lumière pour arriver sur les planètes Neptune Pluton PLANETE Mercure Vénus Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune Pluton Distance Soleil-P (Mkm) Durée t = d/v ( minutes ) ,3 s 3,2min 5,

9 Mercure Vénus d = t xt V= = 3min 180x3x10 = 3x60s 5 = =180s 54x10 6 km d = t xd V= = t360x3x10 x V=180x3x10 5 = 108x10 5 =540x10 6 km 5 Soleil Terre d = t x V= 500x3x10 5 = 150x10 6 km Mars d = t x V= 780x3x10 5 = 228x10 6 km d V x t Jupiter d=txv= 2593x3x10 5 =778x10 6 km Saturne d=txv= 4756x3x10 5 =1427x10 6 km d=txv= 9500x3x10 5 =2850x10 6 km Uranus d=txv= 15000x3x10 5 =4500x10 6 km Neptune

10 B) L'année lumière ( a.l ): c'est la distance que parcourt la lumière en une année. d = V x t d =3x10 5 x365,25x24x3600 d =3x10 5 x 3,16x10 7 d = 9,42x10 12 km Nuage de Magellan t = ans d = x 9,42 x km d = 1.6 x km Étoile polaire t = 450ans d = 4,3 x 9,42 x km d = 4,0 x km Terre t = 4,3 ans d = 450 x 9,42 x km d = 4,24 x km Proxima du centaure La plus proche étoile du soleil

11 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. A) Activité1: Cloche à vide et réveil. -Réveil à l'extérieur:son est audible et fort. Cloche à vide -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.

12 B) Vitesse du son dans certaines substances. Associer à chaque vitesse la substance correspondante. V 4 = 3950 m/s V 5 = 5050 m/s Milieu Vitesse ( m / s) granit V 1 = 340 m/s V 3 = 1500 m/s verre eau V 2 = 1300 m/s V 6 = 5400 m/s acier Plus le milieu est rigide plus le son va vite. plomb 1300 air 340 C) Son ( V s ) et lumière ( V L ). V L V s ORAGE = 3 x 108 m/s 3 x 10 2 m/s = 10 8 Éclair Tonnerre ( instantané ) V L. V s : 3sÆ1km 10 2 = 10 ( 8 2 ) = 10 6 = UN MILLION On compte après l'éclair jusqu'à entendre le tonnerre, Ex: 15s, on divise par 3; La foudre est tombée à 5km.