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: Compléter les documents ( Doc 1 à Doc 6 et tableaux T1 et T2 ) A lire Documents pages Cahier de brouillon :exercices tests de 1 à 7p201 ( solutions p220 ). Séance suivante : Cahier d exercices ; Exercices: 10,13,15 p Séance suivante : 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. Propagation de la lumière. Classe de cinquième L=0 L=1 Faisceau cylindrique L observateur ne voit rien. L =1 =0 Pas de lumière reçue L œil voit. Conclusion. Dans un milieu homogène et isotrope qui a les mêmes propriétés partout ( air,vide,verre, eau ou solution aqueuse ), la lumière se propage en ligne droite.

3 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. Remarque: quand l'épaisseur d'un milieu transparent devient trop grande, les abysses: la lumière ne peut plus se propager; il fait noir.

4 B) Comment se comporte la lumière dans les différents milieux? Doc1*Dans la cour. Une fourmi part du point A et veut atteindre le point B. On suppose que la fourmi garde toujours la même vitesse. Rechercher les différentes possibilités et les consigner dans le tableau T1. A Doc1 B d 1 (cm ) d 2 (cm ) T1 d =d 1 +d 2 (cm ) Coller les documents Doc 1 et le tableau T1 Observations

5 B) Comment se comporte la lumière dans les différents milieux? Doc1*Dans la cour. Une fourmi part du point A et veut atteindre le point B. On suppose que la Départ de la fourmi! 7cm fourmi garde toujours A la même vitesse. d 1 = 5 cm Rechercher les 4cm différentes possibilités et les consigner dans le tableau T1. Doc1 d = d 1 + d 2 =10 cm 4cm Dans un même milieu, le chemin le plus court est la ligne droite. d 2 =5 cm 7cm B Arrivée de la fourmi.

6 Doc2*Sur la plage. Quel est le chemin le plus court que vous allez suivre? On suppose que ta vitesse est deux fois plus grande sur le sable que dans l'eau: quand tu parcours 1cm sur le sable; dans l'eau tu traverses la moitié de la distance c.a.d 0,5cm Sable; d 1 : 1cm 1cm Eau; d 2 : 1cm 2cm Rechercher la plus petite distance d = d 1 + d 2 et compléter le tableau T2 Doc2 T2 A B d 1 (cm ) d 2 (cm ) d =d 1 +d 2 (cm ) Observations Coller les documents Doc 2 et le tableau T2

7 d1 (cm ) d2 (cm ) d = d1 + d2 ( cm )

8 2*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 c.a.d 0,5cm Sable; d 1 : 1cm 1cm Eau; d 2 : 1cm 2cm Rechercher la plus petite distance d = d 1 + d 2 et compléter le tableau T2 Eau. d 2 = Une personne vous appelle. C)Conclusion.Si on change de milieu lors de la propagation, la ligne droite n'est plus le chemin le plus court.

9 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 )

10 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 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.

11 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

12 III) Distances dans l'univers. Le système solaire: Soleil au centre et huit planètes ( + astéroïdes, comètes et satellites )gravitent autour. Uranus Mercure Saturne Terre Vénus Soleil Jupiter Neptune Mars Pluton

13 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 ( minute ) ,3 s 3,2min 5,

14 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

15 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

16 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.

17 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. 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 : 3s 1km plomb 1300 air = 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.