La Lumière Plonge dans l'Eau
La lumière, rapide comme l'éclair... mais toujours à la même vitesse ?
Tu as sûrement entendu dire que la lumière voyage très, très vite ! C'est vrai, elle est la chose la plus rapide que l'on connaisse. Dans le vide de l'espace, ou même dans l'air, elle file à une vitesse incroyable. Mais que se passe-t-il quand la lumière entre dans l'eau, comme lorsque tu regardes des poissons dans un aquarium ou que tu nages à la piscine ? Ralentit-elle ? C'est ce que nous allons découvrir !
Mission : Calculer la vitesse d'un rayon lumineux
Pour nous aider, nous avons quelques informations importantes :
La formule pour calculer la vitesse de la lumière (\(v\)) dans une matière est : \(v = \frac{c}{n}\)
Où :
Schéma : Un rayon lumineux passant de l'air à l'eau
La lumière change de direction (se réfracte) et de vitesse en passant de l'air à l'eau.
Questions à résoudre
- Qu'est-ce que la lumière ? Se déplace-t-elle toujours à la même vitesse partout ? Explique avec tes mots.
- Quelle est la vitesse approximative de la lumière dans l'air (en \(\text{km/s}\)) ?
- L'indice de réfraction de l'eau est \(n_{\text{eau}} = \frac{4}{3}\). Qu'est-ce que cela signifie pour la lumière lorsqu'elle entre dans l'eau ?
- En utilisant la formule \(v = \frac{c}{n}\) et les données fournies :
- Écris le calcul que tu dois faire pour trouver la vitesse de la lumière dans l'eau (\(v_{\text{eau}}\)).
- Effectue ce calcul et donne le résultat en \(\text{km/s}\).
- Compare la vitesse de la lumière dans l'eau à celle dans l'air. Est-elle plus rapide ou plus lente dans l'eau ? À ton avis, pourquoi est-ce que les objets sous l'eau nous paraissent parfois déformés ou plus proches qu'ils ne le sont ?
Correction : La Lumière dans l'Eau
Question 1 : La lumière et sa vitesse
Réponse :
La lumière est une forme d'énergie qui nous permet de voir le monde autour de nous. Elle vient du Soleil, des ampoules, des écrans, etc. Non, la lumière ne se déplace pas toujours à la même vitesse partout. Sa vitesse maximale est dans le vide (comme dans l'espace). Quand elle traverse des matières transparentes comme l'air, l'eau ou le verre, elle est ralentie.
Question 2 : Vitesse de la lumière dans l'air
Réponse :
La vitesse approximative de la lumière dans l'air est de \(300\,000 \text{ km/s}\) (kilomètres par seconde).
Question 3 : Indice de réfraction de l'eau
Réponse :
L'indice de réfraction de l'eau (\(n_{\text{eau}} = \frac{4}{3}\)) signifie que la lumière est ralentie d'un facteur \(\frac{4}{3}\) (environ \(1,33\)) lorsqu'elle passe du vide (ou de l'air) à l'eau. Autrement dit, la lumière voyage \(1,33\) fois plus lentement dans l'eau que dans le vide.
Quiz Intermédiaire 1 : Si l'indice de réfraction d'un milieu est élevé, cela signifie que la lumière dans ce milieu :
Question 4 : Calcul de la vitesse de la lumière dans l'eau
Réponse a) Écrire le calcul :
Nous utilisons la formule \(v = \frac{c}{n}\). Pour l'eau :
Avec \(c = 300\,000 \text{ km/s}\) et \(n_{\text{eau}} = \frac{4}{3}\).
Réponse b) Effectuer le calcul :
La vitesse de la lumière dans l'eau est de \(225\,000 \text{ km/s}\).
Question 5 : Comparaison et observation
Réponse :
La vitesse de la lumière dans l'eau (\(225\,000 \text{ km/s}\)) est plus lente que dans l'air (\(300\,000 \text{ km/s}\)).
Le fait que la lumière change de vitesse (et de direction, comme on le voit sur le schéma, c'est la réfraction) en passant de l'air à l'eau explique pourquoi les objets sous l'eau peuvent nous paraître déformés, plus gros, plus petits, ou pas exactement là où ils sont. Par exemple, une paille dans un verre d'eau semble "cassée" à la surface. C'est un effet de la réfraction de la lumière.
Quiz Intermédiaire 2 : Quand la lumière passe de l'air à l'eau, sa vitesse :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. La vitesse de la lumière est la plus grande dans :
2. L'indice de réfraction d'un milieu transparent est un nombre qui est :
3. Si la vitesse de la lumière dans le vide est \(c\) et l'indice de réfraction d'un milieu est \(n\), la vitesse \(v\) de la lumière dans ce milieu est donnée par :
Glossaire
- Lumière
- Une forme d'énergie visible qui se déplace très rapidement. Elle nous permet de voir.
- Vitesse de la lumière (\(c\))
- La vitesse à laquelle la lumière se déplace dans le vide. C'est environ \(300\,000 \text{ km/s}\).
- Vide
- Un espace qui ne contient absolument aucune matière, même pas d'air.
- Milieu (transparent)
- Une substance que la lumière peut traverser, comme l'air, l'eau, le verre.
- Indice de réfraction (\(n\))
- Un nombre qui indique combien la lumière est ralentie lorsqu'elle passe à travers un milieu transparent, par rapport à sa vitesse dans le vide. Il est toujours supérieur ou égal à 1.
- Réfraction
- Le changement de direction d'un rayon lumineux lorsqu'il passe d'un milieu à un autre (par exemple, de l'air à l'eau). Cela se produit parce que la vitesse de la lumière change.
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