Exercice 1 1. Rappeler la valeur de la vitesse de la lumière dans l'air. L'écrire en notation scientifique. 2. Rappeler la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide. L'écrire en notation scientifique. 3. Définir ce que l'on appelle une année lumière. 4. Recopier et compléter la formule suivante : v =... 5. Recopier et compléter la formule suivante : d =... 6. Recopier et compléter la formule suivante : t =... 7. Recopier et compléter : 1 h =...s 1 min =... s 1 jour =... h 1 jour =... s (indiquer le calcul fait) Exercice 2 Lors d'un tir laser sur la Lune, on enregistre les signaux émis lors du départ du faisceau et lors de son retour sur Terre. 1. Que représente le temps qui sépare ces deux signaux? (2,56s est le temps nécessaire à la lumière pour...) 2. Calculons la distance entre la Terre et la Lune : a. Que connait-on? v? d? t? b. Que cherche-t-on? v? d? t? c. Quelle formule utiliser? Quelles unités utiliser? A-t-on besoin de faire des conversions? Exercice 3 La lumière met 0,2 seconde pour faire le tour de la Terre au niveau de l'équateur dans une fibre optique ( fil de verre très fin). Le périmètre de la Terre est de 40 000 km. On cherche à calculer la vitesse de la lumière dans le verre. a. Que connait-on? v? d? t? b. Que cherche-t-on? v? d? t? c. Quelle formule utiliser? Quelles unités utiliser? A-t-on besoin de faire des conversions? Exercice 4 Écrire les opérations à chaque fois. 1. Rappeler la vitesse de la lumière dans le vide. 2. Quelle distance est parcourue par la lumière en 1 minute? 3. Quelle distance est parcourue par la lumière en 1 heure? 4. Quelle distance est parcourue par la lumière en 1 journée? 5. Quelle distance est parcourue par la lumière en 365,25 jours ( durée d'une année )? L année-lumière ( a.l. ) est la distance parcourue en une année par la lumière. 6. L'étoile la plus proche après le Soleil est Proxima du Centaure est à 4,2 années lumières. Calculer le nombre de kilomètres nous séparant de cette étoile. Exercice 5 La nébuleuse du Crabe (M1, NGC 1952, Taurus A, Taurus X-1) est un rémanent de supernova résultant de l'explosion d'une supernova historique observée par plusieurs astronomes en 1054 et 1055. Située à une distance d'environ 6 300 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Taureau, la nébuleuse a un diamètre de 11 annéeslumière et sa vitesse d'expansion est de 1 500 km/s, caractéristiques typiques pour un rémanent de cet âge. C'est le premier objet astronomique à avoir été identifié à une explosion historique de
supernova. 1. Que signifie «Située à une distance d'environ 6 300 années-lumière»? 2. Quand cette étoile a-t-elle explosé? 3. A quelle distance en kilomètre se situe cette nébuleuse? Exercice 6 Le Soleil se trouve à environ cent cinquante million de kilomètres de la Terre. "Quand on regarde le Soleil, on le voit tel qu'il était il y a environ 8 minutes et 20 secondes." Vérifier cette affirmation. Exercice 7 En 1969, Armstrong et Aldrin ont déposé un réflecteur de rayons LASER sur la Lune. Depuis la Terre, on vise ce réflecteur et on peut déterminer avec précision le temps mis par la lumière pour faire l'aller-retour Terre-Lune. Une de ces mesures a donné t = 2,704046 s. Quelle était la distance Terre-Lune ce jour-ci au mètre près? Compte tenu de la précision de la mesure du temps, on prendra une valeur précise de la vitesse de propagation de la lumière v = 299 792 458 m/s. Exercice 8 La foudre tombe à 6 km d'un observateur. On donne la vitesse de la lumière : 300 000 km/s. 1) Quel est le temps mis par la lumière émise par l'éclair pour atteindre l'observateur? 2) Le son a une vitesse de propagation de 340 m/s. Quel temps mettra le bruit du tonnerre pour arriver à l'observateur? 3) Comparer ces deux temps. En déduire une méthode pour déterminer approximativement à quelle distance la foudre tombe d'un observateur. Exercice 9 Andromède est une galaxie située à 2,2 millions d'années lumière de notre galaxie, la Voie Lactée. 1) Convertir en kilomètre la distance qui nous sépare d'andromède. 2) Calculer en seconde la durée du trajet de la lumière pour arriver jusqu'à Andromède. Exercice 10 New Horizons («nouveaux horizons» en français) est une sonde spatiale de la NASA destinée à survoler Pluton et son satellite Charon en 2015, puis à continuer dans la ceinture de Kuiper. Elle étudiera aussi Jupiter et ses lunes. Il s'agit du premier engin spécifiquement étudié pour retransmettre des données des objets lointains du système solaire. La sonde a été lancée le jeudi 19 janvier 2006 à 14h00, heure de la côte Est des États-Unis, soit 20h00 heure française (UTC + 1) sans problème technique et a utilisé l'assistance gravitationnelle de Jupiter le 28 février 2007. 1. Quel âge aviez-vous lorsque la sonde est parti? Quel âge aurez-vous lorsqu'elle arrivera à proximité de Pluton? 2. La distance Terre-Pluton est d'environ 6 milliard de kilomètre. Si on envoie un message à la sonde lorsqu'elle se trouve à proximité de Pluton, combien de temps devra-t-on attendre avant d'avoir une réponse? Les messages radio se déplacent à la vitesse de la lumière.
Exercice 1 1. Rappeler la valeur de la vitesse de la lumière dans l'air. L'écrire en notation scientifique. v=300000km/ s=3 10⁵ km/ s 2. Rappeler la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide. L'écrire en notation scientifique. v =300000 km/ s=3 10⁵ km/s 3. Définir ce que l'on appelle une année lumière. L année-lumière ( a.l. ) est la distance parcourue en une année par la lumière. d 4. Recopier et compléter la formule suivante : v = t 5. Recopier et compléter la formule suivante : d = v t d 6. Recopier et compléter la formule suivante : t = v 7. Recopier et compléter : 1 h = 3600 s 1 min = 60 s 1 jour = 24 h 1 jour = 24 3600=86400 s (indiquer le calcul fait) Exercice 2 Lors d'un tir laser sur la Lune, on enregistre les signaux émis lors du départ du faisceau et lors de son retour sur Terre. 1. Que représente le temps qui sépare ces deux signaux? 2,56s est le temps nécessaire à la lumière pour faire un aller-retour Terre Lune, c'est à dire 2 d TerreLune 2. Calculons la distance entre la Terre et la Lune : a. Que connait-on? v? d? t? On connait t = 2,56s et v = 3 10⁵ km/s b. Que cherche-t-on? v? d? t? On cherche d c. Quelle formule utiliser? d =v t Quelles unités utiliser? t en s, v en km/s donc d sera en km A-t-on besoin de faire des conversions? Non d = 3 10⁵ 2,56 d = 768000 km ATTENTION ceci est deux fois la distance Terre Lune donc il faut diviser cette distance pour trouver d TerreLune = 768000 =384000 km 2 Exercice 3 La lumière met 0,2 seconde pour faire le tour de la Terre au niveau de l'équateur dans une fibre optique ( fil de verre très fin). Le périmètre de la Terre est de 40 000 km. On cherche à calculer la vitesse de la lumière dans le verre. a. Que connait-on? v? d? t? d = 40000 km et t = 0,2s b. Que cherche-t-on? v? d? t? On cherche v c. Quelle formule utiliser? v= d t Quelles unités utiliser? d en km et t en s donc v en km/s A-t-on besoin de faire des conversions? Non
v= 40000 0,2 v = 200000 km/s Exercice 4 Écrire les opérations à chaque fois. 1. Rappeler la vitesse de la lumière dans le vide. v = 3 10⁵ km/s 2. Quelle distance est parcourue par la lumière en 1 minute? On connait v = 3 10⁵ km/s et t = 1 min v en km/s et t en min, on voit qu'il va falloir convertir. Le plus simple est de convertir t en s. t = 1min = 60s donc d = 3 10⁵ 60=18 000 000 km=1,8 10⁷ km 3. Quelle distance est parcourue par la lumière en 1 heure? On connait v = 3 10⁵ km/s et t = 1 h v en km/s et t en h, on voit qu'il va falloir convertir. Le plus simple est de convertir t en s. t = 1h = 60min = 3600s donc d = 3 10⁵ 3600=1,08 10⁹ km 4. Quelle distance est parcourue par la lumière en 1 journée? On connait v = 3 10⁵ km/s et t = 1 j v en km/s et t en j, on voit qu'il va falloir convertir. Le plus simple est de convertir t en s. t = 1j = 24h = 24 60 min = 1440 min = 1440 60 s = 86400 s donc d = 3 10⁵ 86400=2,592 10 10 km 5. Quelle distance est parcourue par la lumière en 365,25 jours ( durée d'une année )? On connait v = 3 10⁵ km/s et t = 1 an v en km/s et t en, on voit qu'il va falloir convertir. Le plus simple est de convertir t en s. t = 1an = 365,25j = 365,25 times 24 times 60 times 60 = 31557600 s donc d = 3 10⁵ 31557600=9,47 10 12 km L année-lumière ( a.l. ) est la distance parcourue en une année par la lumière. 6. L'étoile la plus proche après le Soleil est Proxima du Centaure est à 4,2 années lumières. Calculer le nombre de kilomètres nous séparant de cette étoile. 1 a.l. 9,47 10 12 km 4,2 a.l.? 4,2 9,47 10 ¹2 =3,98 10 13 km 1 Exercice 5 La nébuleuse du Crabe (M1, NGC 1952, Taurus A, Taurus X-1) est un rémanent de supernova résultant de l'explosion d'une supernova historique observée par plusieurs astronomes en 1054 et 1055. Située à une distance d'environ 6 300 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Taureau, la nébuleuse a un diamètre de 11 annéeslumière et sa vitesse d'expansion est de 1 500 km/s, caractéristiques
typiques pour un rémanent de cet âge. C'est le premier objet astronomique à avoir été identifié à une explosion historique de supernova. 1. Que signifie «Située à une distance d'environ 6 300 années-lumière»? La lumière qui vient de cette nébuleuse a mis 6 300 ans pour nous parvenir. Nous voyons cette nébuleuse telle qu'elle était il y a 6300 ans. 2. Quand cette étoile a-t-elle explosé? 1055-6300 = 5245 Av JC 3. A quelle distance en kilomètre se situe cette nébuleuse? La lumière a mis 6300 ans pour nous parvenir donc t = 6300 ans. v = 300 000 km/s On cherche d. On convertit t en s : t = 6300 ans = 6300 365,25 24 3600 = 1,988 10 11 s donc d = v t = 3 10⁵ 1,988 10 11 = 5,96 10 16 km Exercice 6 Le Soleil se trouve à environ cent cinquante million de kilomètres de la Terre. "Quand on regarde le Soleil, on le voit tel qu'il était il y a environ 8 minutes et 20 secondes." Vérifier cette affirmation. Plusieurs façon de faire. En voilà une : On connait v = 300000km/s et d = 1,5 10⁸ km t = d v = 1,5 10⁸ 3 10⁵ = 500s = 8 60 20 = 8 min 20s Exercice 7 En 1969, Armstrong et Aldrin ont déposé un réflecteur de rayons LASER sur la Lune. Depuis la Terre, on vise ce réflecteur et on peut déterminer avec précision le temps mis par la lumière pour faire l'aller-retour Terre-Lune. Une de ces mesures a donné t = 2,704046 s. Quelle était la distance Terre-Lune ce jour-ci au mètre près? Compte tenu de la précision de la mesure du temps, on prendra une valeur précise de la vitesse de propagation de la lumière v = 299 792 458 m/s. Exercice 8 La foudre tombe à 6 km d'un observateur. On donne la vitesse de la lumière : 300 000 km/s. 1) Quel est le temps mis par la lumière émise par l'éclair pour atteindre l'observateur? 2) Le son a une vitesse de propagation de 340 m/s. Quel temps mettra le bruit du tonnerre pour arriver à l'observateur? 3) Comparer ces deux temps. En déduire une méthode pour déterminer approximativement à quelle distance la foudre tombe d'un observateur. Exercice 9 Andromède est une galaxie située à 2,2 millions d'années lumière de notre galaxie, la Voie Lactée. 1) Convertir en kilomètre la distance qui nous sépare d'andromède. 2) Calculer en seconde la durée du trajet de la lumière pour arriver jusqu'à Andromède. Exercice 10 New Horizons («nouveaux horizons» en français) est une sonde spatiale de la NASA destinée à survoler Pluton et son satellite Charon en 2015, puis à continuer dans la ceinture de Kuiper. Elle étudiera aussi Jupiter et ses lunes. Il s'agit du premier engin spécifiquement étudié pour retransmettre des données des objets lointains du système solaire. La sonde a été lancée le jeudi 19 janvier 2006 à 14h00, heure de la côte Est des États-Unis, soit 20h00 heure française (UTC + 1) sans problème technique et a utilisé l'assistance gravitationnelle
de Jupiter le 28 février 2007. 1. Quel âge aviez-vous lorsque la sonde est parti? Quel âge aurez-vous lorsqu'elle arrivera à proximité de Pluton? 2. La distance Terre-Pluton est d'environ 6 milliard de kilomètre. Si on envoie un message à la sonde lorsqu'elle se trouve à proximité de Pluton, combien de temps devra-t-on attendre avant d'avoir une réponse? Les messages radio se déplacent à la vitesse de la lumière.