Cours gratuit

Lumière : propagation et vitesse

Utiliser la valeur de la vitesse de la lumière pour calculer des distances astronomiques (année-lumière) ou des durées de parcours.

Duree estimee : 15 min

Vitesse et propagation de la lumière

Paysage nocturne sous un orage. Un éclair brillant traverse le ciel sombre à gauche. À droite, un personnage regarde l'éclair, sans encore se boucher les oreilles, pour illustrer le décalage entre la vue et le son. — Lors d'un orage, l'éclair est visible avant que le tonnerre ne soit audible.

Tu vois l'éclair avant d'entendre le tonnerre car la lumière est beaucoup plus rapide que le son. Le son parcourt 340 mètres par seconde, alors que la lumière parcourt 300 000 kilomètres pendant la même seconde. C'est un million de fois plus rapide !

Dans le vide et dans l'air, la vitesse de la lumière est une constante physique fondamentale notée $c$ (pour célérité). Tu dois connaître sa valeur par cœur en notation scientifique.

La vitesse de la lumière dans le vide est

c = 3, 00 \times 1 0^{8}

m/s.

La lumière a aussi une propriété géométrique importante : dans un milieu transparent et homogène (comme le vide, l'air ou l'eau calme), elle se propage toujours en ligne droite. C'est le principe de propagation rectiligne.

Calculer des distances et des durées

Comme la vitesse de la lumière est constante, on utilise la relation classique entre distance ( $d$ ), vitesse ( $c$ ) et durée ( $t$ ). Cette formule te permet de calculer une distance si tu connais le temps de parcours, et inversement.

Retiens la formule :

d = c \times t

. On en déduit aussi

t = \frac{d}{c}

Sois vigilant avec les unités ! La vitesse

c

est en mètres par seconde (m/s). Pour que le calcul soit juste, la distance

d

doit être en mètres (m) et la durée

t

en secondes (s). Convertis tes valeurs avant de calculer.

Exemple : Un rayon laser envoyé vers la Lune revient en 2,6 secondes (aller-retour). Le trajet aller dure donc

t = 1, 3

s. La distance Terre-Lune est

d = 3, 00 \times 1 0^{8} \times 1, 3

. On obtient

d = 3, 9 \times 1 0^{8}

m, soit 390 000 km.

Ne confonds pas mètres et kilomètres. Dans les exercices d'astronomie, les distances sont souvent données en km. N'oublie pas de multiplier par 1000 (ou

1 0^{3}

) pour les mettre en mètres avant d'utiliser la formule.

L'année-lumière : mesurer l'immense

Entre les étoiles, les distances sont gigantesques. Les exprimer en mètres ou en kilomètres obligerait à écrire des nombres à rallonge. Les astronomes ont donc défini une unité de longueur adaptée à l'échelle de l'univers : l'année-lumière (a.l.).

Schéma simple sur fond noir spatial. À gauche la Terre (petit point bleu), à droite une étoile lointaine brillante. Une ligne pointillée jaune relie les deux pour montrer le trajet de la lumière, avec une étiquette indiquant une très grande distance. — L'année-lumière permet de simplifier l'écriture des distances cosmiques.

Une année-lumière (a.l.) est la distance parcourue par la lumière dans le vide en une année.

Attention au piège classique ! L'année-lumière contient le mot année, mais ce n'est PAS une unité de temps. C'est bien une unité de distance (longueur), tout comme le mètre ou le kilomètre.

Quelle distance vaut 1 a.l. ? On calcule

d = c \times t

avec

t

égal au nombre de secondes dans une année (

365, 25 jours \times 24 h \times 3600 s

). On trouve qu'une année-lumière vaut environ

9, 5 \times 1 0^{15}

mètres.

À retenir : voir loin, c'est voir dans le passé. La lumière des étoiles met des années, voire des siècles, à nous parvenir.

Entraînement officiel

Prêt à relever le Défi 5?

Mets tes nouvelles connaissances à l'épreuve : survis aux 10 questions du chapitre avec 5 vies et 20 secondes par manche !

LANCER LE DÉFI 5