Exercices: Propagation de la lumière

Dans une pièce sombre, on éclaire une feuille avec une lampe de poche à travers un petit trou.

1. a) Comment se propage la lumière dans l'air ?
2. b) Comment représente-t-on la lumière dans le modèle du rayon ?

Un éclair est vu puis le tonnerre est entendu quelques secondes plus tard.

1. a) Quelle onde arrive en premier, la lumière ou le son ?
2. b) Comparer qualitativement leurs vitesses.

Compléter : la lumière se propage en ligne __ dans un milieu _ et transparent. Sa vitesse dans le vide est environ ___ km/s.

Lors d'un orage à Nantes, on compte $6\ \text{s}$ entre l'éclair et le tonnerre. On prend $v_{son} = 340\ \text{m/s}$.

1. a) Calculer la distance de l'orage.
2. b) Pourquoi peut-on négliger la durée de propagation de la lumière ?

La Lune est à $3,84\cdot10^{5}\ \text{km}$ de la Terre.

1. a) Calculer la durée d'un trajet aller de la lumière, avec $c = 3,0\cdot10^{5}\ \text{km/s}$.
2. b) Un laser est envoyé sur un réflecteur lunaire. Calculer la durée de l'aller-retour.

Un arbre de $8\ \text{m}$ de haut projette une ombre de $6\ \text{m}$ au sol. Au même moment, un piquet vertical de $1\ \text{m}$ projette une ombre.

1. a) Expliquer pourquoi la propagation rectiligne permet de comparer les situations.
2. b) Calculer la longueur de l'ombre du piquet.

Lors d'une éclipse de Soleil, la Lune cache le Soleil. La Lune a un diamètre de $3\ 474\ \text{km}$ et est à $3,84\cdot10^{5}\ \text{km}$ de la Terre. Le Soleil a un diamètre de $1,39\cdot10^{6}\ \text{km}$.

1. a) Expliquer comment la propagation rectiligne explique l'éclipse.
2. b) Calculer la distance Terre-Soleil permettant que les deux astres aient la même taille apparente.
3. c) Comparer avec la valeur réelle de $1,5\cdot10^{8}\ \text{km}$.

Un spectateur voit l'éclair d'un feu d'artifice et entend l'explosion $2,5\ \text{s}$ plus tard. Un second spectateur, plus éloigné, l'entend $4,0\ \text{s}$ plus tard. On prend $v_{son} = 340\ \text{m/s}$.

1. a) Calculer les deux distances.
2. b) Calculer la distance entre les deux spectateurs, s'ils sont alignés avec le feu d'artifice et situés du même côté de celui-ci.
3. c) Justifier l'approximation sur la durée de propagation de la lumière.

Un faisceau laser traverse une pièce de $10\ \text{m}$ de long. Un élève affirme : « la lumière est instantanée, elle n'a pas de vitesse ».

1. a) Calculer la durée mise par la lumière pour traverser la pièce.
2. b) Que peut-on répondre à l'élève ?
3. c) Quel type d'instrument est nécessaire pour mesurer une telle durée ?