Vitesse de la lumière dans l'air et dans l'eau

Vitesse de la lumière dans l’air et dans l’eau

Physique

Optique ondulatoire/ Diffraction et vitesse de la lumière

Public : Secondaire et Supérieur

Durée : > 1 min

Liste du matériel et des produits nécessaires :

- Une cuve à faces parallèles. (Celle utilisée dans cette manipulation mesure 5,9 cm entre les grands côtés).

- Un réseau de diffraction (140 traits/mm).

- De l’eau.

- Une règle.

- Un pointeur laser rouge.

Recommandations pour réaliser l’expérience :

- Ne jamais envoyer le faisceau laser dans les yeux !

Les mesures à prendre :

1.      - Le réseau de diffraction utilisé comprend 140 traits/mm ! (8400 traits/cm). La distance, a, entre 2 traits vaut donc    a = 1/140 mm.

2.      - On mesure également la distance, D, entre le réseau et l’écran.

3.      – Lors de la mise en œuvre, on repère la tache centrale de diffraction. De part et d’autre de cette tache centrale, les premières taches lumineuses sont appelées raies du 1^er ordre. On mesure la distance 2x entre les 2 raies du 1^er ordre.

4.      A partir des mesures de a, D et x, on peut mesurer la vitesse de la lumière dans l’eau.

Exploitation pédagogique :

- Mesure d’une longueur d’onde au moyen d’un réseau et ses caractéristiques.

- Le résultat obtenu est-il en accord avec le modèle corpusculaire ou ondulatoire ? (En accord avec le modèle ondulatoire car le rapport des vitesses est > 1 : la lumière va plus vite dans l’air que dans l’eau.

Rappels.

a)      Lorsqu’une onde se réfracte comme c’est le cas lors de son passage de l’air dans l’eau, sa fréquence, f, ne change pas. Par contre sa longueur d’onde, l, change ainsi que sa vitesse de propagation, v.

f = v_air/l_air  et  f = v_eau/l_eau    Þ    v_air/v_eau = l_air/l_eau

b)     Pour un réseau de diffraction, les raies sont telles que : 

c)      A partir de cette équation, on peut calculer lair et leau et finalement utiliser v_air/v_eau = l_air/l_eau pour déterminer v_eau (v air = 3.10⁸ m/s)

Lien(s) vers la vidéo(basse résolution) :

- https://ezcast.uclouvain.be/ezmanager/distribute.php?action=media&album=OER-pub&asset=2023_07_03_15h46_12s&type=cam&quality=low&token=AIJGKDXT&origin=link

- Des expériences diverses sur ce thème sont également exploitées dans des tests sur l’optique ondulatoire sur http://www.diagnosciences.be/