Une première présentation de l'Univers : Propagation de la lumière - Physique Chimie - Seconde

Une première présentation de l'Univers : Propagation de la lumière - Physique Chimie - Seconde

Voici un cours de Physique Chimie pour la classe de Seconde, rédigé par notre professeur, qui porte sur la propagation de la lumière. Ce cours fait partie du chapitre intitulé "Une première description de l'Univers" au programme de Seconde de Physique Chimie.

Dans ce cours, vous devrez connaître la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide (ou dans l'air), ainsi que la définition de l'année lumière et son interêt. Enfin, notre professeur vous expliquera l'expression "Voir loin, c'est voir dans le passé" en lien avec la vitesse de la lumière.

Téléchargez gratuitement ce cours de Physique Chimie niveau Seconde sur la description de l'Univers et la propagation de la lumière !

Une première présentation de l'Univers : Propagation de la lumière - Physique Chimie - Seconde

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Plusieurs méthodes, en lien avec le programme, pour comprendre les notions importantes de ce chapitre sur la propagation de la lumière, vous sont proposées. Ce programme sera repris en classe de Première S.

RAPPEL SUR LA PROPAGATION DE LA LUMIERE

Dans un milieu homogène et transparent, la lumière se propage en ligne droite, de la source de lumière vers l’objet éclairé. Ainsi, le trajet de la lumière est modélisé par un rayon de lumière, soit une droite munie d’une flèche afin d’indiquer le sens de propagation de la lumière.

A présent, à partir du texte ci-dessous, nous allons répondre à quelques questions de cours :

La lumière met énormément de temps pour nous parvenir des étoiles. Hubert Reeves nous explique pourquoi cela présente plutôt un avantage.

Nous savons aujourd'hui que, comme le son, la lumière se propage à une vitesse bien déterminée. En 1675, étudiant le mouvement des satellites de Jupiter, l'astronome danois Römer a mis en évidence certains comportements bizarres. Ces comportements s'expliquent si on admet que la lumière met quelques dizaines de minutes pour nous arriver de Jupiter. Cela équivaut à une vitesse d'environ trois cent mille kilomètres par seconde, un million de fois plus vite que le son dans l'air. Il faut bien reconnaître que, par rapport aux dimensions dont nous parlons maintenant, cette vitesse est plutôt faible. A l'échelle astronomique, la lumière progresse à pas de tortue. Les nouvelles qu'elle nous apporte ne sont plus fraîches du tout !

Pour nous, c'est plutôt un avantage. Nous avons trouvé la machine à remonter le temps ! En regardant "loin", nous regardons "tôt". La nébuleuse d'Orion, visible à l'oeil nu comme une petite tâche floue par une nuit sans lune, est distante de 1 500 années lumière de la Terre, nous apparaît telle qu'elle était à la fin de l'Empire romain. Et la galaxie d'Andromède telle qu'elle était au moment de l'apparition des premiers hommes, il y a deux millions d'années. A l'inverse, d'hypothétiques habitants d'Andromède, munis de puissants télescopes, pourraient voir aujourd'hui l'éveil de l'humanité sur notre planète … […]

Certains quasars sont situés à douze milliards d'années lumière. La lumière qui nous en arrive à voyagé pendant douze milliards d'années, c'est-à-dire quatre-vingt pour cent de l'âge de l'Univers … C'est la jeunesse du monde que leur lumière nous donne à voir au terme de cet incroyable voyage.

Hubert Reeves « Patience dans l'azur » — éditions du Seuil — 1981


CONNAITRE LA VALEUR DE LA VITESSE DE LA LUMIERE DANS LE VIDE (OU DANS L'AIR)

Question 1 : à partir du texte, donner la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide, notée c, en mètre par seconde et en écriture scientifique.

Réponse 1 : le texte indique « trois cent milles kilomètres par seconde » soit : 3,0.105 km.s-1. Ce qui donne également : c = 3,0.108 m.s-1

Question 2 : la connaissance de la vitesse de la lumière c (en m.s-1), permet de calculer la distance d (en m) parcourue par la lumière pendant la durée Δt (en s). Trouver la relation Mathématiques entre ces trois grandeurs.

Réponse 2 : 


CONNAITRE LA DEFINITION DE L’ANNEE LUMIERE ET SON INTERET

Question 3 : donner la définition d’une année lumière et son symbole

Réponse 3 : l’année lumière, notée al, est la distance parcourue par la lumière, dans le vide, en une année

Question 4 : déterminer, en kilomètre, la distance parcourue en une année lumière

Réponse 4 : c = 3,0.108 m.s-1 et Δt = 365,25 x 24 x 3600 s

Ainsi : d = 3,0.108 x 365,25 x 24 x 3600 = 9,5.1015 m soit : 1 al = 9,5.1012 km

Question 5 : calculer la distance D, en kilomètre, qui nous sépare de la nébuleuse d’Orion

Réponse 5 : D = 1 500 x 9,5.1012 = 1,4.1016 km

Question 6 : quel est l’intérêt de parler d’une distance en année lumière

Réponse 6 : si nous prenons la nébuleuse d’Orion, c’est plus facile de se représenter 1 500 années lumière plutôt que 1,4.1016 km


EXPLIQUER L'EXPRESSION : "VOIR LOIN, C'EST VOIR DANS LE PASSE"

Question 7 : expliquer la phrase : « Nous avons trouvé la machine à remonter le temps ! En regardant "loin", nous regardons "tôt". »

Réponse 7 : d’après la phrase : « Il faut bien reconnaître que, par rapport aux dimensions dont nous parlons maintenant, cette vitesse est plutôt faible » et la relation Δt = , plus la vitesse est faible et plus la date à laquelle se place l’évènement est grande. Ainsi, quand nous observons des objets lointains dans l’Univers, nous les voyons comme ils étaient autre fois. Par exemple, nous observons la nébuleuse d’Orion comme elle était il y a 1 500 années. La lumière, émise par les objets lointains, témoigne du passé de l’Univers.

Fin de l'extrait

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