La lumière à travers l'Univers

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Fiches
Classe(s) : 2de | Thème(s) : Une première présentation de l'Univers


Rappels de cours

1 L’Univers, de l’infiniment petit à l’infiniment grand

De l’infiniment petit, où règnent les particules élémentaires, à l’infiniment grand des galaxies, les tailles sont très différentes.

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 À l’échelle atomique, la matière est formée d’atomes dont le diamètre est de l’ordre de 1010m.

 Notre Galaxie, nommée « Voie lactée », contient le système solaire ainsi que des milliards d’étoiles, parfois accompagnées d’autres systèmes planétaires. Elle s’étend sur environ 1021m.

 À l’échelle cosmique, l’Univers est peuplé de nombreuses galaxies très éloignées les unes des autres. L’Univers observable s’étend sur environ 1026m.

2 Le voyage de la lumière

 La lumière des étoiles traverse le vide de l’Univers et nous apporte les informations du cosmos.

 La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (célérité), est une constante physique. Sa valeur a été fixée précisément à 299792458ms1 en 1983 par le Bureau international des poids et mesures. Dans le vide (ou dans l’air), on a :

c=3,00×108ms1

Dans les autres milieux transparents, la lumière se propage moins vite.

Milieu

air

eau

verre

diamant

c (m · s–1)

3,00×108

2,25×108

2×108

1,25×108

Méthodes

Évaluer des ordres de grandeur avec les puissances de 10

Le tableau suivant donne la taille d’objets très différents.

Diamètre d’un atome d’hydrogène

Taille moyenne d’un adulte

Diamètre

de la Terre

Diamètre du Soleil

Diamètre de notre Galaxie

0,11nm

1,7 m

12800km

1,4Gm

1021m

Exprimer les différentes longueurs en mètres, en utilisant la notation scientifique, et indiquer les ordres de grandeurs de chaque objet.

Conseils

En notation scientifique un nombre s’écrit sous la forme a×10n avec 1a<10 .

L’ordre de grandeur est donné par la puissance de dix la plus proche.

Solution

0,11 nm

1,7 m

12 800 km

1,4 Gm

1021 m

1,1×1010m

1,7 × 100 m

1,28×107m

1,4×109m

1×1021m

1010 m

100 = 1 m

107 m

109 m

1021 m

La lumière du Soleil

Le Soleil et la Terre sont éloignés d’environ 150 millions de km. Calculer la durée mise par la lumière pour nous parvenir du Soleil.

Conseils

Un million de km signifie 1 000 000 km =× 106 km =× 10m.

La vitesse est le quotient de la distance d sur la durée Δt .

La valeur de la vitesse de la lumière doit être connue : c=3,00×108ms1

Solution

Par définition de la vitesse de la lumière, c = dΔt donc Δt = dc.

Δ= 150 ×1093,00×108 = 5,00 × 102 = 500 s. La lumière du Soleil met donc environ 500 s soit 50060 = 8,3 minutes pour nous parvenir.