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Ondes électromagnétiques

 

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Sommaire de cette page

>>> Vitesse de la lumière

>>> Vitesses selon le milieu

>>> Invariance de la vitesse de lumière

>>> Historique

>>> Vitesses historiques (Römer)

>>> Vitesses ralenties

>>> Exploration de l'Univers

 

 

 

 

 

 

VITESSE de la LUMIÈRE

ou (mieux)

CÉLÉRITÉ de la LUMIÈRE

 (vocable utilisé pour la vitesse de propagation d'une onde)

 

c = 299 792 458 m/s   300 000 km/s

 

Soit, en une seconde: 300 fois la France du nord au sud

      ou encore, plus de    7 fois de tour de la Terre. 

En gros: huit minutes à la lumière du Soleil pour nous atteindre et un bonne seconde pour la clarté de la Lune.

            

Mnémotechnique: la constante lumineuse restera désormais là, dans votre cervelle.

 

Sur une navette spatiale qui voyage à la vitesse de la lumière, quand est-ce que les phares fonctionnent ?

Les ondes électromagnétiques comme la lumière parcourent 7,5 fois le tour de la Terre en une seconde. Dans ces conditions, il est normal que nous recevions les images de la télévision tous en même temps.

Voir Pensées & humour

 

 

VITESSE DE LA LUMIÈRE

 

Célérité de la lumière (c)

 

Valeur arrondie

300 000

 

km/s

 

3

1010

cm/s

 

3

108

m/s

 

2,997 …

108

m/s

Valeur exacte

299 792 458

 

m/s

 

1 079 252 848,8

1,079…

 

1012

km/heure

m/heure

 

Voir  299 792 458 

 

 

Définition du mètre

 

1983 : Le mètre est défini comme la distance parcourue

par la lumière, dans le vide, pendant une durée de

1/299 792 458 de seconde.

La vitesse de la lumière est le nouvel étalon de longueur.

 

 

 

VARIATION de la CÉLÉRITÉ de la LUMIÈRE

 

DANS LE VIDE

*      La vitesse de la lumière est une constante. Base de la théorie de la relativité restreinte

 

 

SELON LE MILIEU

*      Sa vitesse varie en fonction de l'indice de réfraction du milieu.

 

Quelques valeurs

La plus grande: vide

1 / 1

299 792 km/s

Eau

1 / 1,33

225 563

Verre

1 / 1,5

200 000

Quartz

1 / 1,54

194 805

Diamant

1 / 2,42

123 967

La plus lente réalisée

 

          1,5

 

*      La vitesse est divisée par n, l'indice de réfraction du milieu.

*      Cet indice varie avec la longueur d'onde: le bleu est plus dévié que le rouge, c'est la dispersion en arc-en-ciel.

*      Dans les autres milieux que le vide, le photon apparaît donc comme ayant une certaine masse!

*      En réfractant la lumière, on " l'alourdit ".

*      Higgs a utilisé ce principe à d'autres particules (bosons W et Z) pour en révéler les propriétés.

 

 Voir Vitesse du son / Vide 

 

 

Postulat de l'invariance de la vitesse de lumière

 

 

On postule que la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide est la même dans tout référentiel galiléen. Albert Einstein est le premier physicien à l’avoir énoncé.

 

Une des conséquences est la distinction entre:

*      Le temps propre  ou durée propre: durée d'un événement mesurée par une horloge placée dans le référentiel galiléen où se déroule l'événement.

*      Le temps ou durée impropre: durée d'un événement mesurée dans un référentiel autre que celui ou se déroule l'événement.

Voir calcul de la formule de la relativité

Voir Invariance de la vitesse de la lumière – CEA (Vidéo de 4 min)

 

 

 

HISTORIQUE

 

En 1676

*      Première mesure par Ole Romer

225 000 km/s

En 1725

*      Mesure de Bradley

308 300

Vers 1850

*      Mesure de Fizeau et Foucault

299 774

 

Premières mesures:

 

*      Olaüs RÖMER (1644-1710), danois:

Il travaillait à l'Observatoire de Paris, comme à la même époque, Giovanni Cassini, naturalisé français et patron de l'Observatoire.

 

*      La mesure (1676) repose sur l'observation

des satellites de Jupiter et

de leur moment d'éclipse par Jupiter lui-même.

 

*      Selon la période de l'année,

la Terre se rapproche de Jupiter ou s'en éloigne

et, la lumière en provenance du phénomène d'éclipse met plus ou moins de temps pour atteindre la Terre:

la différence étant d'environ plus ou moins 10 min.

 

*      A la même époque Cassini à Paris estimait les dimensions du système solaire.

En combinant la distance Terre - Jupiter

et ce décalage des observations des éclipses,

Römer en déduit la vitesse de la lumière.

 

 

 

 

Vitesse estimée par Römer

 

*      UA = Unité Astronomique

C en km/s

*      Avec la valeur de l'UA estimée par Cassini, il a estimé:

225 000

*      Avec l'UA connue actuellement, il aurait trouvé:

298 000

*      Alors que la valeur connue aujourd'hui est:

299 792

 

*      À cette époque personne ne voulait admettre que la vitesse de la lumière soit finie et qu'un signal lumineux ne se propageait pas instantanément.

 

*      Il a fallu attendre les mesures de Bradley pour être convaincu du fait. James Bradley est un astronome anglais qui découvrit une aberration de mesure de la position des étoiles qui conduisit à une nouvelle estimation de la vitesse de la lumière.

 

*      Du fait que la Terre tourne pendant une observation, une étoile vue à travers une lunette d'une certaine longueur se trouve légèrement décalée au moment de l'observation par l'œil. Le décale se trouve dans un sens en été et dans l'autre en hiver.

 

Mesure

 

*      L'étoile qui paraît être en B se trouve en fait en A.

La lumière de l'étoile est captée en A par la lunette.

Du fait de la rotation de la Terre elle n'est observée par l'œil que lorsque la lunette est en position B.

B est une image virtuelle de A.

*      L'angle mesuré par Bradley est de 20 secondes et, la valeur de la vitesse de la lumière déduite est: 308 300 km/s.

 

 

 

 

Vitesses ralenties de la lumière

61

 

Soit :

 

17

km / h

 

 

 

 

 

 

 

m / s

*       Vitesse minimum de la lumière, obtenue en laboratoire (1999).

*       Propagation dans un milieu à haute densité dit de Bose Einstein.

*       Atomes de sodium refroidis à quelques dizaines de micro kelvins, proche du zéro absolu: -273°C.

1,5

 

Soit :

 

0,42

km / h

 

 

 

 

m / s

*       24 février 2000 par la même équipe.
La technique utilisée pour ralentir la lumière, qui exige qu'elle traverse un milieu très froid, pourrait un jour avoir d'importantes applications pratiques en télécommunications.

200 000

 

km / s

*       Vitesse de la lumière dans l'eau.

300 000

 

km / s

*       Vitesse de la lumière dans l'air.
(299 792 458 m/s).

 

 

Vitesse de la lumière ralentie (suite)

 

 Slow light

 

In 1998, Danish physicist Lene Vestergaard Hau led a combined team from Harvard University and the Rowland Institute of Science, which succeeded in slowing a beam of light to about 17 meters per second.

Researchers at UC Berkeley slowed the speed of light traveling through a semiconductor to 9.7 kilometers per second in 2004.

Hau later succeeded in stopping light completely, and developed methods by which it can be stopped and later restarted.

This was in an effort to develop computers that will use only a fraction of the energy of today's machines.

 

Traduction: lumière ralentie

 

En 1998, la physicienne Lene Vestergaard Hau était à la tête d'une équipe associant  Harvard University et le Rowland Institute of Science.Ils ont réussi à ralentir un faisceau lumineux à environ 17 m/s.

En 2004, des chercheurs d'UC Berkeley ont ralenti la vitesse de la lumière à travers un semiconducteur à 9,7 km/s.

Plus tard, Hau a réussi à stopper la lumière, et a développé des méthodes permettant de la stopper puis de la faire repartir.

C'était en vue de développer des ordinateurs qui utiliseraient seulement une fraction de l'énergie utilisée par les machines actuelles.

Pour en savoir plus

Le texte complet (en anglais): Slow light – Wikipedia

Voir la biographie de Lene Hau (photo) sur Wikipédia. Un peu plus en  Lene Hau – Wikipedia avec lien vers condensat de Bose-Einstein (BEC)

 

 

Aussi: La lumière stoppée et recréée – Science et Avenir

Et  une vidéo (en anglais) sur YouTube: Using BEC to Slow Down Light 

 

Merci à Jean Denis S

 

EXPLORATION / TROUS DE VERS

 

 Si notre vaisseau spatial atteignait

1/10 de la vitesse de la lumière, il faudrait :

 

Durée

Pour atteindre

10 s

Lune

Quelques heures

Mars

40 ans

Étoile la plus proche

 

Si on approchait la vitesse de la lumière,

*    On pourrait atteindre la galaxie d’Andromède en quelques minutes, à condition d’abandonner tout espoir de retrouver les siens au retour : quatre millions d’années se seraient écoulées sur la Terre.

*    Les tunnels espace-temps, prévus dans les équations de la relativité, (trous de vers) pourraient donner l’espoir d’un déplacement instantané.

*    Même faisable, le coût serait tout simplement prohibitif.
 

 

 

 

 

Suite

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Sites

*      La vitesse de propagation de la lumière par Serge BERTORELLO (animations)

*      Les premières mesures de la vitesse de la lumière.

*    La vitesse de la lumière ralentie à 1,5 km/h

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http://villemin.gerard.free.fr/Science/Lumvites.htm