4ème ; optique - Exercices corriges

4ème ; des signaux pour communiquer


Le message lumineux

Intro : Lucky Luke est-il un sur-homme ?

Introduction : https://www.youtube.com/watch?v=inhB66wxWp0


I) La lumière en mouvement ? !!!!

. La lumière est une onde dite électro-magnétique = quelque chose qui se
propage, qui se déplace ...


. La vitesse de la lumière (appelée la célérité, c) est finie ; sa
valeur est c= 300 000 km/s ou 3.108 m/s dans le vide.


. Elle varie selon le milieu. Elle diminue dans les milieux matériels.

. Cette vitesse est la plus grande ! Aucun objet ne peut dépasser la
vitesse de la lumière !


II) Comment exprimer de grande distance ?

1) Activité 1


2) Une unité appropriée : l'année lumière, a.l

* L'année lumière est la distance parcourue par la lumière, dans le vide,
pendant un an.

* Correspondance entre unités :

1 a.l = 9,5x 10 15 m = environ 10 16 m !!!


Application :

. Retrouver cette valeur grâce à d = vxt !!!!
. A combien d'année lumière se trouve Proxima du Centaure ?
. L'étoile Sirius est située à 9 a.l de la Terre.Exprime cette distance
en km.

3) Conséquence

« Voir loin, c'est voir dans le passé. » ; H. Reeves (astrophysicien !!!)

+ Commenter l'image des extra-terrestres.








4ème ; optique ; 2007/2008

Activité 1 : petite histoire de la lumière

Jusqu'à la fin du 16ème siècle, on a cru que la lumière se propageait
instantanément : dès qu'on allume une bougie, la lumière éclaire aussitôt.
On croyait alors que sa vitesse de propagation était infinie.

Galilée (1564-1642) pensa au contraire qu'elle avait une vitesse finie et
voulu la mesurer.
Sa tentative futt simple : la nuit, deux hommes munis d'une lanterne sont
placés sur deux collines proches de quelques kilomètres.Le premier découvre
sa lanterne en déclenchant une horloge, le second découvre la sienne, dès
qu'il aperçoit le signal lumineux. Le premier arrête alors son horloge
lorsqu'il voit la lanterne éclairée de l'autre. Galilée pensait pouvoir
mesurer ainsi la durée mise par la lumière pour faire un aller-retour entre
les deux personnages. Les expériences ne donnèrent rien de significatif ...

Il fallut attendre 1676 pour que le savant danois Römer, étudiant la
périodicité des éclipses des satellites de Jupiter, trouve une valeur de
212 000 km/s.

D'autres expériences furent réalisées et les résultats devinrent de plus
en plus précis. Par exemple, Fizeau (1849) trouva une valeur de 315 300
km/s.

Actuellement, la mesure la plus précise (et donc retenue pour valeur
« officielle », admise dans le système international) est de 299 792,458
km/s.

On retiendra : 300 000 km/s.

Questions :
1) A votre avis, que pouvaient penser Astérix et Obélix au sujet de la
vitesse de la lumière ?
2) Quel physicien fut le premier à penser à une vitesse finie de la
lumière ?
3) A votre avis, pourquoi son expérience n'a pas permis de déterminer une
vitesse ?
4) Les deux collines de l'expérience sont séparées d'une distance de 3
km. Connaissant l'actuelle valeur de la vitesse de la lumière, quel
est le temps mis par la lumière pour parcourir cette distance ?
Conclure à propos de Galilée ... !
5) Römer lui, trouva que la lumière parcourt 48 203 lieues en une
seconde. Quelle est la valeur de la vitesse alors calculée ? (Une
lieue = 4 445 m).
6) Application : Neptune est située à 4,5 milliards de km du Soleil.
Calculez, en seconde, puis en heure, le temps mis par la lumière pour
aller du Soleil à Neptune.
7) Pensez-vous que la lumière se propage à la même vitesse dans n'importe
quel milieu ? (A vérifier sur internet ; chercher les valeurs pour les
milieux air, eau et verre.).













4ème ; optique

Applications : petites curiosités et vitesse de la lumière

Exercice 1 : physique et sciences fiction
La galaxie d'Andromède est située à 2,4 millions d'années-lumières de notre
Galaxie.Un roman de sciences fiction prétend qu'il nous faudrait trois
années pour nous rendre sur cette Galaxie. Qu'en penses-tu ?

Exercice 2 : voyage en fusée ...
Les vitesses les plus grandes obtenues actuellement avec des fusées sont de
l'ordre de 30 000 km/h. Avec une telle fusée, combien de temps mettrait-on
pour rejoindre le Soleil ?

Exercice 3 : coup de foudre !!
La foudre met 2X10-5 s pour atteindre un observateur.
1) A quelle distance de l'observateur est-elle tombée?
2) Le temps mis par le tonnerre pour arriver à l'observateur est de 18
s ; calculer alors la vitesse de propagation du son.











4ème ; optique

Applications : petites curiosités et vitesse de la lumière

Exercice 1 : physique et sciences fiction
La galaxie d'Andromède est située à 2,4 millions d'années-lumières de notre
Galaxie.Un roman de sciences fiction prétend qu'il nous faudrait trois
années pour nous rendre sur cette Galaxie. Qu'en penses-tu ?

Exercice 2 : voyage en fusée ...
Les vitesses les plus grandes obtenues actuellement avec des fusées sont de
l'ordre de 30 000 km/h. Avec une telle fusée, combien de temps mettrait-on
pour rejoindre le Soleil ?

Exercice 3 : coup de foudre !!
La foudre met 2X10-5 s pour atteindre un observateur.
1) A quelle distance de l'observateur est-elle tombée?
2) Le temps mis par le tonnerre pour arriver à l'observateur est de 18
s ; calculer alors la vitesse de propagation du son.








4ème ; optique

Correction de l'activité sur la vitesse de la lumière

1) Idée d'une vitesse infinie !
2) Galilée
3) La vitesse de la lumière est trop grande, donc le temps à mesurer est
trop petit : pas d'instruments de mesure adaptés.
7) Plus le milieu matériel est dense, moins la lumière se propage vite !
Réponses avec calculs :