CH 4: La vitesse de la lumière ( livre ch12 p190-205 ) 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 198-200. Cahier de brouillon :exercices tests de 1 à 7p201 ( solutions p220 ). Séance suivante : Cahier d exercices ; Exercices: 10,13,15 p202-203 Séance suivante : Cahier d exercices ; Exercices: 16,17 et 18 p202-203. 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.
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.
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.
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
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.
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
d1 (cm ) d2 (cm ) d = d1 + d2 ( cm )
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.
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 )
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 = 299 792 458 m/s V = 300 000 000 m/s ( dans le vide ) En une seconde la lumière parcourt une distance de 300 000 km ( Elle peut faire sept tours et demi autour de la terre! ) V = d 300 000 km = = 300 000 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.
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 = 200 000 km/s V 4 = 225 000 km/s V 2 = 188 000 km/s V 1 = 124 000 km/s V 6 = 299 792, 458 km/s V 5 = 299 710, 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 2 3 4 6 1 5 Quotient: V vide V M 1,60 1,50 1,33 1,00 2,42 1,00
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
Le système solaire: Composition. Soleil au centre et huit planètes ( + astéroïdes, comètes et satellites )gravitent autour. Soleil 9 Mercure 6 5 7 1 2 3 4 8 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 ) 58 108 150 228 778 1427 2870 4500 5950 193,3 s 3,2min 5,96 3 6 8 13 43 80 140 250
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
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 = 170000ans d = 170 000 x 9,42 x 10 12 km d = 1.6 x 10 18 km Étoile polaire t = 450ans d = 4,3 x 9,42 x 10 12 km d = 4,0 x 10 13 km Terre t = 4,3 ans d = 450 x 9,42 x 10 12 km d = 4,24 x 10 15 km Proxima du centaure La plus proche étoile du soleil
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.
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 3950 5400 1500 5050 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 340 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.