La propagation de la lumière (Chap2)

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1 La propagation de la lumière (Chap2) I. Visualisation d un faisceau de lumière Un faisceau de lumière ne se voit pas. On peut le visualiser si des poussières ou autres particules se trouvent sur sa route. Ces poussières diffusent une partie de la lumière reçue vers nos yeux. Pas de poussières Le faisceau est invisible Poussières Le faisceau est visible La lumière qui atteint un grain de poussière est diffusée dans toutes les directions. On peut voir le grain de poussière dans toutes les directions. 1

2 II. Propagation rectiligne de la lumière Expérience N 1 Expérience N 2 Expérience de la chambre noire Expériences : mise en évidence de la propagation rectiligne de la lumière. Dans un milieu transparent et homogène, la lumière se propage en ligne droite de la source vers le détecteur de lumière ou l objet éclairé. (voir rayons laser) REMARQUE Quand la propagation de la lumière ne se fait plus dans un seul milieu homogène, son trajet n est plus rectiligne : c est le phénomène de réfraction. 2

3 Réfraction dans l eau Mirages 3

4 Mirage inférieur Mirage supérieur Fibres optiques La fibre optique est un media (un fil de verre, entouré d'une gaine "réfléchissante" pour faire circuler de la lumière) qui permet de transférer des données numériques à très haut débit : video, son, communications téléphoniques. Elle utilise les propriétés de la lumière produites par des lasers aux extrémités. La fibre optique offre des débits très élevé de l'ordre de la centaine de Mbits/s jusqu'au Gbits/s voir le Tbits/s. 4

5 Sortie de la lumière Réflexion de la lumière Fibre optique Arrivée de la lumière Fontaines lumineuses 5

6 III. Représentation des rayons et faisceaux lumineux Un faisceau lumineux est un ensemble de rayons lumineux qui ne se voient pas. Par convention, on matérialise sur un schéma un faisceau en représentant les deux rayons extrêmes qui limitent ce faisceau. Une flèche indiquera le sens de propagation à partir de la source. Exemple Matérialisons le faisceau de lumière qui se propage à travers un écran percé d un trou. Écran opaque Écran percé Source 6

7 Faisceau Pinceau Rayon La lumière change d épaisseur lorsqu elle traverse une fente et ce, peu importe la grosseur de celle-ci. IV. Vitesse de propagation de la lumière Qu'appelle-t-on vitesse? La vitesse est le rapport de la distance parcourue pendant un temps donné : distance Vitesse = temps Exemple : On parcourt une distance de 80 km en une heure à la vitesse de : distance 80 vitesse = = = 80km/h temps 1 Quelle est la vitesse de la lumière? La lumière se déplace à une vitesse de km/s = m/s = m/s En 1 seconde, la lumière parcourt donc km TOUS SUR ORBITE, L été, semaine 34 (chapitre 11), 1:08:00 (1min 30s) 7

8 La longueur de l'équateur est de km. Combien de fois la lumière pourrait-elle parcourir cette distance en 1s? La lumière pourrait parcourir : = = = 7,5 fois le tour de la terre La lumière met 1,28 s pour nous parvenir de la Lune. 8 min 20s du Soleil. 4,3 ans de l étoile Proxima. Les distances en Astronomie sont très grandes et on les exprime dans une unité de longueur qui s appelle l annéelumière (symbole a.l.) L'année lumière est la distance parcourue par la lumière en une année. Ainsi l étoile Proxima du Centaure qui est la plus proche de nous, se trouve à 4,3 a.l. de la Terre. Distance(km) = vitesse(km/s) x temps(s) Il y a 365,25 jours par an, 24 heures par jour et 3600 s dans une heure. 1 a.l. = x 365,25 x 24 x 3600 (en km) = 9,5 x km (9 500 milliards de km!) 8

9 V. Quelques notions d Astronomie Le Soleil appartient à un ensemble de 100 milliards d étoiles qu on appelle la Galaxie. 9

10 Il existe des milliards de galaxies semblables à la nôtre, situées à des millions d années-lumière.() Les objets les plus lointains que les astronomes ont pu observer se trouvent aux confins de l'univers observable : environ 10 milliards d années-lumière. TOUS SUR ORBITE, L été, semaine 31 (chapitre 8), 0:45:00 (5min 48s) Expérience N 1 Si on place des écrans percés les uns derrière les autres, il faut aligner les trous sur une droite pour observer une source de lumière à travers l'ensemble des écrans. 10

11 Expérience N 2 On aligne des objets en masquant la lumière diffusée par chaque objet avec l'objet qui le précède. La lumière diffusée se propage en ligne droite. Expérience de la chambre noire Une chambre noire est une boîte dont une face est percée d un trou de quelques millimètres de diamètre et la face opposée remplacée par un écran de papier calque. La chambre noire a été découverte au XVIe siècle par un physicien italien : Giambattista Della Porta 11

12 Expérience de la chambre noire Fabrication d une chambre noire 1 Prendre une boîte de conserve vide et percer un petit trou au fond de la boîte. 12

13 Fabrication d une chambre noire 2 Placer sur le côté ouvert une feuille de papier calque fixée par du ruban adhésif. Fabrication d une chambre noire 3 Placer autour de la boîte un cylindre de papier noir d au moins 20 cm de long 13

14 Fabrication d une chambre noire 4 Orienter ensuite cette chambre noire vers une lampe ou un paysage bien éclairé. On verra apparaître sur le papier calque une image inversée de ce qui se trouve devant l appareil. Fabrication d une chambre noire 5 Vers 1660, on perfectionna le dispositif en remplaçant le petit trou de la chambre noire par un trou plus grand muni d une lentille ce qui permettait d obtenir une image plus lumineuse. Dans les années , Nicéphore Niepce, Louis Daguerre et William Fox Talbot inventent des procédés d enregistrement chimique des images. Ainsi naquit la photographie. (En italien, «chambre noire» se dit «camera obscura» ) 14

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16 3 La Galaxie d Andromède M31 16

17 La Galaxie d Andromède M31 La Galaxie M101 17

18 La Galaxie M101 La Galaxie NGC

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