Chapitre 2 :

 

LUMIERE ET MESURES DE DISTANCES

 

I.                  QUELQUES PROPRIETES DE LA LUMIERE :

 

            Rappel définition de la vitesse moyenne

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La vitesse moyenne d’objet est égale au rapport de la distance ‘d’(m)  parcourue, sur la durée du parcourt (s)

  

 

l’unité légale de vitesse est le m/s

 

 

            Propagation de la lumière :

 

- La lumière issue des étoiles traverse l’espace et nous parvient.

- La lumière issue d’un laser traverse l’air, le verre et l’eau du cristallisoir et nous parvient.

- Par contre, elle ne traverse pas le carton.

 

La lumière se propage dans le vide et dans tous les milieux transparents et homogènes en ligne droite.

 

            Vitesse de la lumière :

 

La première mesure a été effectuée par l’astronome danois ROMER en 1676 à l’observatoire de Paris. C’est une vitesse limite.

 

La vitesse de propagation de la lumière dans le vide, appelée aussi célérité de la lumière vaut :

 c = 3,00.108 m.s-1

Dans les milieux transparents v < c. Dans l’air v » c

 

            L’année de lumière :

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A l’échelle de l’Univers, on exprime les distances avec une unité plus adaptée que le mètre ou le kilomètre. C’est l’année de lumière.

 

L’année de lumière (a.l.) est la distance parcourue par un signal lumineux, dans le vide, pendant une année.

L’année de lumière est une unité de longueur : 1a.l. » 1013 km

 

Remarque : La distance parcourue par la lumière dans le vide et la durée de parcours s’expriment avec le même nombre.

 

            « Voir loin, c’est voir dans le passé » :

 

La Nébuleuse d’Orion se situe à 1800 a.l. de la Terre ; la lumière provenant d’Orion que nous recevons aujourd’hui sur Terre a donc mis 1800 ans pour nous parvenir.

 

Plus nous observons loin dans l’espace et plus nous regardons dans le passé.               

 

II.              APPLICATIONS A LA MESURE DE LONGUEURS A L’ECHELLE HUMAINE :

 

            Mesures directes :

 

On peut mesurer des longueurs directement avec un mètre, une règle, un pied à coulisse ou un palmer. L’appareil de mesure doit être adapté à la mesure à réaliser.

Ces instruments mesurent des longueurs d’ordre de grandeur compris entre 102m et 10-4m.

Il faut utiliser des méthodes de mesure à distance pour les plus grandes longueurs.

 

            Incertitude et précision d’une mesure :

 

On ne peut connaître la valeur exacte d’une grandeur physique que l’on mesure. La mesure ne fournit qu’un encadrement de la valeur, avec une certaine incertitude.

L’incertitude dépend à la fois de l’expérimentateur, de la méthode qu’il utilise ainsi  que de l’instrument de mesure lui-même.

 

            Chiffres significatifs :

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Dans l’écriture d’un nombre sous sa forme a.10n, les chiffres utilisés pour écrire le décimal a sont appelés chiffres significatifs. Le zéro est significatif quand il est placé entre deux chiffres ou à la fin d’un nombre. Le nombre de chiffres significatifs d’une valeur indique la précision de sa mesure.

 

Ex : Rayon de la terre R = 6,4.103 : 2 chiffres significatifs ;

 

Lorsqu’une grandeur est obtenue à partir d’une multiplication ou d’une division de deux autres grandeurs, celle-ci ne doit pas comporter plus de chiffres significatifs que la donnée qui en comporte le moins.

 

Ex : la longueur de l’équateur est donnée par la relation L = 2PR soit L = 40212,38597 km soit             L = 40.103 km, en adéquation avec la précision du rayon R.

            Mesures de longueur à distance :

            Méthode de la visée :

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Viser, c’est aligner plusieurs repères avec son œil. En physique, l’intérêt de la visée est d’aligner plusieurs points afin de construire une figure géométrique constituée de droites. Cette figure permet, souvent grâce au théorème de Thalès, d’évaluer des distances ou des angles.

 

Théorème de Thalès : Si les points A,N,C et A,M,N sont alignés dans cet ordre et si les droites (BC) et (MN) sont parallèles, alors AM/AB = AN/AC = MN/BC

                                                            

            Méthode de l’ombre portée :

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Lorsqu’une source lumineuse (comme le Soleil) est très lointaine, les rayons qui en sont issus nous parviennent parallèles.

 

            Méthode de la parallaxe :

 

Le phénomène de parallaxe se manifeste quand on vise un objet ponctuel depuis deux endroits différents. La parallaxe est l’angle p entre les deux directions de visée du point qui représente l’objet.

 

exemple

            Mesures d’angles :

 

La mesure d’un angle permet souvent de calculer une longueur connaissant d’autres données.

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Le diamètre apparent d’un objet est l’angle sous lequel un observateur voit l’objet.

 

Il peut être mesuré à l’aide d’un goniomètre, un compas ou un rapporteur.

Cette mesure est utilisée en astronomie.

 

            Mesures de durées :

 

Si T est la durée que met un signal sonore ou lumineux, se propageant à la vitesse V, pour faire l’aller retour entre une source et un objet dont on veut mesurer l’éloignement alors la distance D entre l’objet et la source

est :                              

 

C’est le principe des sonars et  des radars et des chauve-souris

exemple vidéo.

 

III.           APPLICATION AUX MESURES ASTRONOMIQUES ET MICROSCOPIQUES :

 

            Mesure du rayon de la Terre par la méthode d’Eratosthène  exercice

 

            Mesure de l’épaisseur d’un cheveu (exercice)