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La Physique-Chimie autrement
P.428

La Physique-Chimie autrement


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Fizeau mesure la vitesse de la lumière

En 1849, on sait depuis bientôt deux siècles que la vitesse de la lumière n’est pas infinie, mais on échoue à la mesurer avec précision. Pour tenter de la déterminer, le jeune Hippolyte Fizeau met au point une méthode innovante, sans recourir à des observations astronomiques.

1
Pour vérifier que tu as compris l’expérience, tu peux expliquer le trajet suivi par le faisceau lumineux, depuis la source jusqu’à l’œil de Fizeau.



2
Seras-tu capable de retrouver le calcul qui permet à Fizeau de déterminer que la vitesse de la lumière vaut environ 315 000 km/s ?



3
Selon toi, quelles peuvent être les sources d’imprécision dans cette expérience ?



4
Un physicien contemporain de Fizeau proposa une autre méthode pour mesurer la vitesse de la lumière : son ami Léon Foucault. Tu peux chercher sur internet quel est le principe de sa méthode.



Doc. 1
L’expérience mise au point par Fizeau.

Fizeau organise l’aller-retour de la lumière d’une bougie entre son balcon de Suresne et Montmartre situé à 8 km de là. Au départ et à l’arrivée, il fait passer la lumière par les encoches d’une roue dentée. Il fait alors tourner cette roue de plus en plus vite. Lorsqu’elle atteint la bonne vitesse, la lumière se trouve bloquée à son retour, l’encoche empruntée à l’aller ayant été remplacée par la dent voisine.

Doc. 2
Les résultats de Fizeau.

Fizeau a obtenu l’extinction de l’éclat du faisceau lorsque la roue tournait à 12,6 tours/s, une dent de la roue prenant alors exactement la position de l’encoche qui la précède en 54,76 μs (0,00005476 s). La distance entre la roue et le miroir était estimée à 8,633km : Fizeau en a conclu que la vitesse de la lumière valait 315 300 km/s.

Doc. 3
Schéma de l’expérience mise au point par Fizeau.

<stamp theme='pc-green1'>Doc. 3</stamp> Schéma de l’expérience mise au point par Fizeau.

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Feux d’artifice : géométrie et distance de sécurité

Pendant un feu d’artifice, Louise se demande si elle s’est installée assez loin des mortiers de lancement.

1
Comment Louise a-t-elle trouvé la distance de 170 m ? Pourquoi n’est-ce pas réellement la distance qui la sépare des mortiers ?



2
Utilise le théorème de Pythagore pour montrer que Louise est trop proche des mortiers.




Doc. 1
Position de Louise admirant le feu d’artifice.

<stamp theme='pc-green1'>Doc. 1</stamp> Position de Louise admirant le feu d’artifice.

Doc. 2
Consigne de sécurité du feu d’artifice.

Feu d’artifice du 14 juillet - village de Prébon :
  • Hauteur moyenne atteinte par les fusées : 150m.
  • Rester loin des mortiers. Distance minimale : 100m.
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Observe la propagation d’une onde dans un ressort !

▸ Étapes de la fabrication : Matériel :- Un grand ressort.- Un complice. Après avoir étiré le ressort, comprime quelques spires comme sur le Doc. 1 puis lâche-les d’un coup. Observe la propagation de l’onde. ▸ Une question à se poser :

1
D'après les Doc. 1 et 2, quel point commun il y a-t-il entre une onde de compression dans un ressort et une onde sonore ?




Doc. 1
Propagation d’une onde de compression dans un ressort.

<stamp theme='pc-green1'>Doc. 1</stamp> Propagation d’une onde de compression dans un ressort.

Zone 1 : compression des spires.
Zone 2 : « décompression », écartement des spires.

Doc. 2
Représentation de la propagation d’une onde sonore dans l’air.

<stamp theme='pc-green1'>Doc. 2</stamp> Représentation de la propagation d’une onde sonore dans l’air.

Explication scientifique

À l’image de ce qui se produit pour le ressort, la compression d’une tranche d’air se répercute sur la tranche d’air voisine en « appuyant » sur elle. La zone de compression se propage ainsi de proche en proche.
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