Calcul de la Vitesse de la Lumière

Calcul de la Vitesse de la Lumière

Comprendre le Calcul de la Vitesse de la Lumière

La lumière voyage à différentes vitesses selon le milieu à travers lequel elle se propage. Dans le vide, sa vitesse est d’environ 299792 kilomètres par seconde (km/s).

Lorsqu’elle traverse un milieu matériel, comme l’eau ou le verre, sa vitesse diminue en raison de l’indice de réfraction du milieu.

L’indice de réfraction (\(n\)) est défini comme le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide (\(c\)) et sa vitesse dans le milieu (\(v\)) :

\[ n = \frac{c}{v} \]

Objectifs de l’Exercice:

1. Calculer la vitesse de la lumière dans différents milieux à partir de leur indice de réfraction.
2. Comprendre l’impact de l’indice de réfraction sur la vitesse de propagation de la lumière.

Données:

  • Vitesse de la lumière dans le vide (\(c\)) = \(299\,792\) km/s
  • Indice de réfraction de l’eau (\(n_{\text{eau}}\)) = \(1,33\)
  • Indice de réfraction du verre (\(n_{\text{verre}}\)) = \(1,5\)
  • Indice de réfraction de l’air (\(n_{\text{air}}\)) = \(1,0003\)

Questions:

1. Calculez la vitesse de la lumière dans l’eau.
2. Calculez la vitesse de la lumière dans le verre.
3. Comparez la vitesse de la lumière dans l’air avec celle dans le vide. Quelle est la différence en km/s et en pourcentage ?
4. Expliquez pourquoi la lumière ralentit lorsqu’elle passe du vide à un milieu matériel.

Correction : Calcul de la Vitesse de la Lumière

1. Calculez la vitesse de la lumière dans l’eau.

Pour calculer la vitesse de la lumière dans l’eau, nous utilisons la formule donnée :

\[ v = \frac{c}{n} \]

où \(v\) est la vitesse de la lumière dans le milieu, \(c\) est la vitesse de la lumière dans le vide (\(299\,792\) km/s), et \(n\) est l’indice de réfraction du milieu (pour l’eau, \(n_{\text{eau}} = 1,33\)).

\[ v_{\text{eau}} = \frac{299\,792}{1,33} \]

Calculons cela :

\[ v_{\text{eau}} = \frac{299\,792\, \text{km/s}}{1,33} \] \[ v_{\text{eau}} \approx 225\,413\, \text{km/s} \]

2. Calculez la vitesse de la lumière dans le verre.

De manière similaire, pour le verre avec \(n_{\text{verre}} = 1,5\) :

\[ v_{\text{verre}} = \frac{299\,792\, \text{km/s}}{1,5} \]

Calculons cela :

\[ v_{\text{verre}} \approx 199\,861\, \text{km/s} \]

3. Comparez la vitesse de la lumière dans l’air avec celle dans le vide.

Pour l’air, \(n_{\text{air}} = 1,0003\), donc :

\[ v_{\text{air}} = \frac{299\,792\, \text{km/s}}{1,0003} \]

Calculons cela :

\[ v_{\text{air}} \approx 299\,700\, \text{km/s} \]

La différence en vitesse entre le vide et l’air est :

\[ \Delta v = 299\,792 – 299\,700 \] \[ \Delta v = 92\, \text{km/s} \]

En pourcentage, la différence est :

\[ = \frac{\Delta v}{c} \times 100 \] \[ = \frac{92}{299\,792} \times 100 \] \[ \approx 0.03\% \]

La lumière ralentit très légèrement lorsqu’elle passe du vide à l’air.

4. Expliquez pourquoi la lumière ralentit lorsqu’elle passe du vide à un milieu matériel.

La lumière ralentit lorsqu’elle passe d’un milieu moins dense (comme le vide) à un milieu plus dense (comme l’eau ou le verre) en raison de l’interaction entre les ondes lumineuses et les particules du milieu.

Dans un milieu matériel, les photons (qui sont les particules de lumière) sont absorbés et réémis par les atomes du milieu.

Ce processus d’absorption et de réémission prend un peu de temps, ce qui fait que la lumière se propage plus lentement dans le milieu matériel que dans le vide.

L’indice de réfraction, qui est plus grand que 1 pour les milieux matériels, quantifie cette réduction de vitesse.

Calcul de la Vitesse de la Lumière

D’autres exercices de physique 3 ème:

0 commentaires

Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Calcul de la force de traction d’une voiture

Calcul de la force de traction d'une voiture Comprendre le Calcul de la force de traction d'une voiture Une voiture électrique, la Tesla Model 3, doit gravir une route en pente pour atteindre une résidence située sur une colline. Le trajet comprend une route droite...

Analyse de Force sur un Parcours Ascendant

Analyse de Force sur un Parcours Ascendant Comprendre l'Analyse de Force sur un Parcours Ascendant vous êtes un ingénieur qui travaille sur la conception d'une nouvelle montagne russe. Vous devez calculer la force nécessaire pour tirer un wagonnet jusqu'au sommet de...

Puissance Générée par un Panneau Solaire

Puissance Générée par un Panneau Solaire Comprendre la Puissance Générée par un Panneau Solaire Dans le cadre d'un projet de science à l'école sur les énergies renouvelables, une classe de troisième décide d'explorer le potentiel des panneaux solaires pour réduire la...

Calcul de la vitesse moyenne

Calcul de la vitesse moyenne Comprendre le Calcul de la vitesse moyenne Alice participe à une course cycliste qui se déroule sur différentes étapes. Durant la deuxième étape, elle parcourt une distance variée avec des changements de terrain, ce qui influence sa...

La Chute Libre d’un Objet

La Chute Libre d'un Objet Comprendre La Chute Libre d'un Objet Anna est une jeune scientifique curieuse qui adore faire des expériences. Un jour, elle décide de mesurer la hauteur d'un pont en laissant tomber une balle de ses mains et en chronométrant le temps que met...

Analyse des Effets de la Gravité sur le Terrain

Analyse des Effets de la Gravité sur le Terrain Comprendre l'Analyse des Effets de la Gravité sur le Terrain Marie et Julien sont en vacances avec leur famille près d'un ancien volcan en Auvergne. Ils décident de lancer une petite balle de masse 200 grammes du sommet...

Calcul de la tension dans un circuit en série

Calcul de la tension dans un circuit en série Comprendre le Calcul de la tension dans un circuit en série Vous êtes chargé de concevoir l'éclairage pour un petit modèle de maison. Pour cela, vous disposez de plusieurs lampes qui doivent être connectées en série à une...

Calcul de la Vitesse

Calcul de la Vitesse Comprendre le Calcul de la Vitesse Un train part de la gare A à 14h00 et arrive à la gare B à 16h30. La distance entre les deux gares est de 300 km. Pendant le trajet, le train fait une pause de 30 minutes dans une autre gare pour des raisons...

Calcul de la Force de Pesanteur

Calcul de la Force de Pesanteur Comprendre le Calcul de la Force de Pesanteur Sarah est en vacances avec sa famille sur la Lune. Curieuse de la différence de gravité entre la Terre et la Lune, elle décide de peser son sac à dos qui, sur Terre, a une masse de...

Calcul de la Force de Frottement

Calcul de la Force de Frottement Comprendre le Calcul de la Force de Frottement Maxime est en train de pousser une caisse de livres sur un sol en bois. La masse de la caisse est de \(50\, \text{kg}\). Le coefficient de frottement statique entre la caisse et le sol en...