Vitesse De La Lumière

Introduction :

Au cours de l’histoire, les hommes ont cherché à mesurer différentes données, que ce soit la mesure du temps, de vitesses ou de distances. La vitesse est une donnée très vaste, sans cesse modifiée au cours du temps. Nous parlerons seulement des deux vitesses les plus connues (lumière et son),mais surtout de la vitesse de la lumière.

Nous nous demanderons si la précision de la mesure de la vitesse est limitée ?

Nous verrons également des effets que fait la vitesse.

Tout d’abord nous parlerons des deux vitesses, l’histoire de leur découverte et les informations générales de ces vitesses.

Puis, nous verrons deux effets de la vitesse, le principe de la relativité, et le paradoxe de Zénon d’Élée.

Enfin nous verrons si la précision de la mesure de la vitesse est limitée.

I- Différents contextes de mesure de la vitesse

A-la vitesse de la lumière

1. Un peu d'histoire

Pendant très longtemps, les Hommes ont cru que la lumière se déplaçait instantanément.

Comment a-t-on fait pour découvrir qu’elle avait une vitesse finie et la calculer ?

C'est d'abord ALHAZEN (965-1039) Qui a été le premier a penser que la lumière avait une vitesse finie. Ensuite GALILEE (1564-1642) qui pense comme Alhazen et qui tente de mesurer la vitesse de la lumière. Il a tenté de chronométrer le temps mis par la lumière pour faire un aller-retour entre deux collines.

Mais cette expérience ne fut pas concluante car le déplacement de la lumière semble instantané. En effet, la lumière parcourt la distance en quelques millionièmes de seconde

Nicolas COPERNIC (1473 - 1543)

Il a démontré que le les planètes tournent autour du Soleil.

Johannes KEPLER (1571 – 1630)

Étudie le mouvement des planètes autour du Soleil et établit les « Lois de Kepler » permettant de prévoir leur position.

Jean-Dominique CASSINI (1625 - 1712) sous le règne de Louis XIV

Astronome, Directeur de l’Observatoire de Paris.

S’appuie sur les travaux de Kepler, étudie les mouvements d’Io, satellite de Jupiter, grâce à la lunette de Galilée. Les Tables de Cassini sont destinées à l’orientation des marins (un peu l’ancêtre du GPS en quelque sorte). Il se rend compte d’une anomalie : un "retard" d’Io sur ses prévisions.

Olaüs ROEMER (1644 – 1710)

Explique l’anomalie dans les tables de Cassini et déduit que la lumière a une vitesse finie en 1676.

James BRADLEY (1693 - 1762)

Prouve que Roemer avait raison, il estime alors la vitesse de la lumière à 300 000km/s.

XIXème siècle, la vitesse de la lumière est estimée à environ 300 000 km/s.

François ARAGO (Estagel 1786 – Paris 1843)

Astronome, physicien, Directeur de l’Observatoire de Paris.

Il était convaincu de devoir connaitre la vitesse de la lumière pour calculer la distance entre la Terre et le Soleil, et non l’inverse.

Hippolyte FIZEAU (1819 - 1896)

Il fit la première mesure de la vitesse de la lumière sur Terre, à l’aide d’un appareil à roue dentée.

Il trouva : v = 315 000 km/s.

Mais cette valeur est imprécise à cause de l’incertitude sur la mesure de la vitesse de rotation de la roue.

Il fut décoré de la légion d’honneur pour ses travaux

Léon FOUCAULT (1819 – 1868)

Connu pour les expériences suivantes :

• Pendule de Foucault : démontra la rotation de la Terre sur elle même

• Première photographie du Soleil, réalisée avec Fizeau.

• Mesure de la vitesse de la lumière.

Vitesse mesurée : v = 298 000 km/s

Depuis, des mesures de plus en plus précises ont pu être réalisées grâce aux progrès techniques.

Depuis 1983, la vitesse de la lumière appelée " c " est exactement définie.

2. Informations générales

La célérité de la lumière est donc de 299 792, 458 km/s. (Comme la lumière est une onde, nous parlerons donc de sa célérité car cela est plus adapté).

En 1983 Le mètre est défini comme la longueur du trajet parcouru par la lumière, dans le vide, pendant une durée de 1/299 792 458 secondes. La vitesse de la lumière est le nouvel étalon de longueur.

La vitesse de la lumière est toujours inférieure à c dans un milieu qui contient de la matière, cela d'autant plus que la matière est plus dense.

Dans le vide Selon le milieu

La vitesse de la lumière est une constante. Base de la théorie de la relativité restreinte. Sa vitesse varie en fonction de l'indice de réfraction du milieu.

Quelques valeurs :

La plus grande : dans le vide 1/1 299 792 km/s

Dans l’eau 1/1.33 225 563 km/s

Dans le verre 1/1.5 200 000 km/s

Dans le quartz 1/1.54 194 805 km/s

Dans le diamant 1/2.42 123 967 km/s

B- La vitesse du son

1. Un peu d'histoire

Les

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