La lumière blanche
Je me souviens
Une source primaire est un objet qui fabrique et envoie sa propre lumière
Une source secondaire est un objet qui renvoie tout une partie de la lumière : il diffuse la lumière.
La lumière se propage en ligne droite dans un milieu transparent.
Je m'informe
Document 1 :
La comparaison de la lumière avec une balle permet au français René Descartes (1595-1650) de tenter une explication des couleurs en dotant la balle d’un mouvement de rotation sur elle-même. Les couleurs ne sont pas une propriété de la lumière pour Descartes. Elles procèdent d’une modification de la lumière blanche lors de sa rencontre avec une surface matérielle, à la frontière avec l’ombre, comme semble le montrer l’expérience du prisme. À la limite de l’ombre et de la lumière, des petites
boules de lumière sont mises en rotation en des sens opposés, l’un donnant le violet et l’autre le rouge.
Document 2 :
Avant Isaac Newton, on pensait aussi que le prisme ajoutait des couleurs au faisceau de lumière blanche. Newton place alors un deuxième prisme de telle manière qu'il ne soit atteint que par une seule couleur et découvre que la couleur reste inchangée. Newton interprète le spectre observé avec un prisme comme résultant de la juxtaposition des «images» du soleil dans les différentes couleurs.
Il utilise ensuite un deuxième prisme et réussit à recomposer un faisceau blanc à partir de l'arc-en-ciel généré par le premier prisme. La démonstration était faite que les couleurs ne sont pas le résultat d'une action du prisme sur la lumière blanche, mais bien que c'est la lumière blanche qui est composée de plusieurs couleurs.
Newton, par souci d’harmonisation avec la Nature (on connaissait sept planètes, sept notes de
musique) croît voir sept couleurs dans le spectre de la lumière. Cependant, le spectre de la lumière
blanche peut être comparé à un segment ayant une infinité de points, on peut donc dire qu’il
possède une infinité de couleurs (entre le rouge et le violet).
Je réponds aux questions
1. A quoi René Descartes compare-t-il la lumière ?
2. Quel objet Descartes et Newton utilisent-ils pour faire leurs observations sur la lumière ?
3. Quelles sont les couleurs extrêmes observées à la sortie du prisme ?
4. Hormis l’idée de Descartes, quelle autre explication avançait-on avant Newton pour expliquer les couleurs observées ?
5. Comment appelle-t-on le résultat obtenu à la sortie du prisme ?
6. Combien de couleurs Newton voit-il dans la lumière blanche ?
7. Combien y en a-t-il en fait ?
Je vérifie
1. Pour René Descartes la lumière est comme une balle qui serait en rotation.
2. Descartes utilise un prisme pour faire ses observations sur la lumière.
3. Le rouge et le violet sont les couleurs extrêmes observées à la sortie du prisme.
4. On pensait que le prisme ajoutait des couleurs à la lumière blanche pour expliquer toutes les couleurs.
5. Le résultat obtenu à la sortie du prisme est appelé spectre de la lumière blanche.
6. Newton voit sept couleurs dans la lumière blanche.
7. Il y en a une infinité.
Je retiens
Cette partie est à recopier / imprimer sur le cahier / classeur
La lumière blanche peut être décomposée avec un prisme en verre.
Le résultat obtenu après passage de la lumière blanche dans un prisme est appelé spectre de la lumière blanche.
La lumière blanche est composée d’une infinité de lumières colorées. Les couleurs extrêmes du spectre sont le rouge et le violet. L’œil n’est pas sensible aux rayons ultraviolet et infrarouge.
ultravioletvioletbleuvertjauneorangerougeinfrarouge
Partie B: La vitesse de la lumière
Je m'informe
Astronome d’origine danoise, Olaf Roemer (1644-1710) travaille à l’Observatoire de Paris sous la direction de Jean Dominique Cassini (1625-1712). Le travail de Roemer s’inscrit dans la recherche d’une précision toujours plus grande à la prévision des éclipses du premier satellite galiléen (Io) de Jupiter en relation avec le problème important pour les marins de la détermination des longitudes. Cassini vient de publier les tables astronomiques prédisant ces éclipses en août 1676. Roemer pense déceler des anomalies dans les dates de prévision des éclipses. Il interprète le phénomène de la manière suivante : si la lumière met du temps pour se propager, alors l’observation sur Terre est en décalage avec le phénomène se déroulant au voisinage de Jupiter. Alors que le satellite sort de l’ombre de Jupiter (émersion), l’observateur sur Terre a l’impression que le satellite est encore dans l’ombre de Jupiter.
Le schéma ci-contre reproduit celui de Roemer. La Terre s’éloigne (positions AB) ou se rapproche (positions DE) de Jupiter.
C’est ce qui est confirmé par l’observation du 09 novembre 1676. Roemer établit ainsi que la lumière met 22 minutes pour traverser le diamètre de l’orbite terrestre.
Vocabulaire : orbite terrestre = trajectoire de la Terre autour du Soleil, assimilée à un cercle.
Je réponds aux questions
1. A qui servait surtout l’observation des étoiles au 17e siècle ?
2. A partir de quels astres, Roemer mesure-t-il la vitesse de la lumière ?
3. Comment s’appelle le phénomène d’immersion et d’émersion d’un satellite dans l’ombre d’une planète ?
4. La Terre est située à environ 150 millions de kilomètres du Soleil. Exprimer ce résultat en puissance de 10.
5. Connaissant le rayon Terre-Soleil (question 4), quel est alors le diamètre de l’orbite de la Terre ?
6. Exprimer le résultat sous la forme d’une puissance de 10.
7. Combien de temps, en minutes, met la lumière pour traverser l’orbite de la Terre?
8. Convertir ce résultat en seconde.
9. Rappeler la relation liant vitesse, distance et temps (vu en mathématiques).
10. Calculer la vitesse de la lumière en km/s.
11. Exprimer le résultat en puissance de 10.
12. Convertir le résultat en m/s. (Exprimez le résultat en puissance de 10).
13. La valeur retenue aujourd’hui pour la vitesse de la lumière est 300 000 km/s. Comparer ce résultat à celui que vous avez calculé.
Je vérifie
1. L’observation des étoiles au 17e siècle permettait aux marins de se repérer.
2. Roemer observe Jupiter et un de ses satellites (Io) pour mesurer la vitesse de la lumière.
3. C’est une éclipse de satellite.
4. 150 000 000 km = 1,5 × 108 km.
5. On a : r = 150 000 000 km, Je sais que : d = 2 × r Donc : d = 300 000 000 km 6. d = 300 000 000 km = 3 × 108 km.
7. La lumière met environ 22 minutes pour traverser l’orbite Terre Soleil 8. 1 min = 60 s.
Donc 22 min = 22 × 60 = 1320 s.
9. La vitesse est égale au rapport de la distance sur le temps de parcours.
Donc v = d / t
10. On a : d = 3 × 108 km et t = 1320 s Je sais que : v = d / t
Donc v = 3 × 108 / 1320 = 227 273 km/s 11. v = 227 273 km/s ≈ 2,27 × 105 km/s 12. 1km = 1000m
Donc : v = 227 273 km/s = 227 273 000 m/s = 2,27 × 108 km/s 13. On trouve un écart de 300 000 – 227 273 = 72 727 km/s
A l’époque les outils n’étaient pas aussi précis que de nos jours pour mesurer le temps et les distances. Cet écart est dû aux incertitudes sur les mesures.
Je retiens
Cette partie est à recopier / imprimer sur le cahier / classeur La lumière se propage dans le vide à la vitesse de 300 000 km/s
1 année de lumière (symbole al) est la distance parcourue par la lumière en une année à la vitesse de 300 000 km/s.
Je m'entraîne
1. La Terre est située à environ 150 millions de kilomètres du Soleil. Combien de temps met la lumière à nous parvenir du Soleil ?
2. Calculer la distance parcourue par la lumière en une année, sachant qu’elle se déplace à la vitesse de 300 000 km/s. (Aide : calculer le nombre de secondes dans une année)
3. L’étoile la plus proche du Soleil se trouve à 4,22 années-lumière de nous. Calculer la distance qui nous sépare en km.
4. Commenter l’expression « regarder les étoiles, c’est regarder le passé »
Correction
1. t = d/v
t = 150 000 000 / 300 000 t = 500 s soit t = 8 min et 20 s.
2. t = 365 × 24 × 3600 = 31 536 000 s.
d = v × t
d = 300 000 × 31 536 000 d ≈ 9461 milliards de km !!
3. d = 4,22 × 9461
d ≈ 40 000 milliards de km !!
4. La lumière ayant une vitesse, voir une étoile, c’est l’observer telle qu’elle était le temps que la lumière nous parvienne c'est-à-dire « la voir au passé ».
