Vitesse de la lumière et année-lumière Physique-Chimie 3e
⚡ Physique-Chimie🎒 3e (collège)✅ 12 exercices corrigés ⬇️
En bref : Dans le vide, la lumière se déplace à environ trois cent mille kilomètres par seconde : la vitesse la plus grande qui existe. Elle met un peu plus d'une seconde pour venir de la Lune et huit minutes du Soleil. L'année-lumière est la distance parcourue par la lumière en un an, environ neuf mille cinq cents milliards de kilomètres. Ce n'est pas une durée. Voir une étoile à cent années-lumière, c'est la voir telle qu'elle était il y a cent ans.
📖 La leçon
L'année-lumière (al) est la distance parcourue par la lumière en un an : environ 9 500 milliards de km. Ce n'est pas une durée !
Voir une étoile à 100 al, c'est la voir telle qu'elle était il y a 100 ans.
Astuce : d = v × t, comme pour une voiture.
🖼️ Le schéma à retenir
L'essentiel à retenir
La lumière se propage en ligne droite dans un milieu transparent et homogène, à une vitesse colossale : dans le vide, et pratiquement dans l'air, elle parcourt 300 000 km en une seconde, soit 3 × 10⁸ m/s. Aucun objet ne peut aller plus vite. Elle est un peu ralentie dans l'eau et le verre. Le son, lui, ne parcourt que 340 m par seconde dans l'air : c'est pourquoi on voit l'éclair avant d'entendre le tonnerre.
Pour les distances de l'Univers, les astronomes utilisent l'année-lumière : la distance que la lumière parcourt en une année. Le calcul d = v × t donne environ 9 500 milliards de kilomètres, soit 9,5 × 10¹² km. Malgré son nom, l'année-lumière est une distance, pas un temps. La lumière de la Lune nous atteint en 1,3 s, celle du Soleil en 8 min 20 s.
Conséquence : la lumière met du temps à nous parvenir, donc observer loin, c'est observer dans le passé. Une étoile située à 1 000 al est vue telle qu'elle était il y a 1 000 ans ; elle a peut-être disparu depuis. Les télescopes qui captent des galaxies lointaines montrent l'Univers jeune.
Repères
- 300 000 km/s — vitesse de la lumière dans le vide (3 × 10⁸ m/s).
- 1,3 s — temps mis par la lumière pour venir de la Lune (384 000 km).
- 8 min 20 s — temps mis par la lumière pour venir du Soleil (150 millions de km).
- 1 année-lumière — environ 9 500 milliards de km, distance parcourue en un an.
- 4,2 al — distance de Proxima du Centaure, l'étoile la plus proche.
- 100 000 al — diamètre approximatif de la Voie lactée.
La question de devoir
L'étoile Véga est à 25 années-lumière. Expliquez cette donnée et calculez la distance en kilomètres. Plan de réponse : 1) rappeler que l'année-lumière est une distance, celle parcourue par la lumière en un an ; 2) calculer 25 × 9,5 × 10¹² km ≈ 2,4 × 10¹⁴ km ; 3) conclure que la lumière reçue aujourd'hui a quitté Véga il y a 25 ans, donc qu'on voit l'étoile dans le passé.
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✏️ 12 exercices corrigés : vitesse de la lumière et année-lumière
Touche une réponse : elle est corrigée tout de suite, avec l'explication.
1. Quelle est la vitesse de la lumière dans le vide ?
✔ Réponse : 300 000 km/s
La lumière parcourt 300 000 km chaque seconde, soit 3 × 10⁸ m/s ; c'est la vitesse limite dans l'Univers. 340 m/s est la vitesse du son dans l'air.
2. Une année-lumière est une unité de …
✔ Réponse : distance
Malgré le mot « année », il s'agit de la distance parcourue par la lumière en un an, soit environ 9 500 milliards de kilomètres.
3. La lumière du Soleil met environ … pour atteindre la Terre.
✔ Réponse : 8 minutes
Le Soleil est à 150 millions de km ; 150 000 000 / 300 000 = 500 s, soit 8 min 20 s. Si le Soleil s'éteignait, on ne le saurait que huit minutes plus tard.
4. La lumière se propage …
✔ Réponse : en ligne droite dans un milieu homogène
Dans l'air, l'eau ou le vide, la lumière va tout droit ; elle change de direction seulement en passant d'un milieu à un autre (réfraction) ou en se réfléchissant.
5. Quelle formule relie distance, vitesse et temps ?
✔ Réponse : d = v × t
La distance parcourue est le produit de la vitesse par la durée : en 2 s, la lumière parcourt 300 000 × 2 = 600 000 km.
6. Combien vaut environ une année-lumière en kilomètres ?
✔ Réponse : 9 500 milliards de km
300 000 km/s × 31 557 600 s (une année) ≈ 9,5 × 10¹² km. La distance Terre-Soleil, 150 millions de km, n'est que de 8 minutes-lumière.
7. Trois secondes entre l'éclair et le tonnerre : la foudre est tombée à environ …
✔ Réponse : 1 km
La lumière arrive presque instantanément alors que le son parcourt 340 m par seconde : en trois secondes, il fait environ 1 km. On compte les secondes et on divise par trois.
8. Une étoile est à 50 années-lumière. Sa lumière reçue aujourd'hui est partie …
✔ Réponse : il y a 50 ans
La lumière a mis 50 ans à parcourir 50 années-lumière : on voit l'étoile telle qu'elle était il y a 50 ans. Observer loin, c'est observer dans le passé.
9. La Lune est à 384 000 km. Sa lumière nous atteint en environ …
✔ Réponse : 1,3 s
t = d / v = 384 000 / 300 000 ≈ 1,3 s. Les astronautes d'Apollo subissaient donc un délai de plus de deux secondes dans leurs conversations radio avec la Terre.
10. Dans l'eau, la vitesse de la lumière est …
✔ Réponse : plus faible que dans le vide
La lumière est ralentie à environ 225 000 km/s dans l'eau et 200 000 km/s dans le verre ; c'est ce ralentissement qui provoque la déviation des rayons (réfraction).
11. Proxima du Centaure, l'étoile la plus proche du Soleil, est à environ …
✔ Réponse : 4,2 années-lumière
Même pour la plus proche des étoiles, la lumière voyage plus de quatre ans ; une sonde actuelle mettrait des dizaines de milliers d'années pour l'atteindre.
12. Combien de temps la lumière met-elle pour parcourir 900 000 km ?
✔ Réponse : 3 s
t = d / v = 900 000 / 300 000 = 3 s. Pour un calcul de ce type, il faut toujours vérifier que la distance est en kilomètres si la vitesse est en km/s.
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