Aventure lumineuse à travers différents milieux
Comprendre : La lumière voyage !
Tu as déjà remarqué qu'on voit les choses grâce à la lumière ? Cette lumière, qu'elle vienne du Soleil, d'une lampe ou d'un écran, se déplace très, très vite ! Mais savais-tu que la lumière ne va pas toujours à la même vitesse ? Sa vitesse change quand elle passe d'un endroit transparent (on appelle ça un "milieu") à un autre. Par exemple, la lumière ne va pas à la même vitesse dans l'air que dans l'eau ou dans le verre. Dans cet exercice, nous allons suivre un "signal lumineux" qui fait une course à travers différents milieux et calculer combien de temps il met !
Énoncé de l'exercice
- Section 1 (Air) :
- Longueur à parcourir (\(d_1\)) : \(600 \, \text{mètres (m)}\)
- Vitesse du signal dans l'air (\(v_1\)) : \(300 \, \text{mètres par seconde (m/s)}\)
- Section 2 (Eau) :
- Longueur à parcourir (\(d_2\)) : \(400 \, \text{m}\)
- Vitesse du signal dans l'eau (\(v_2\)) : \(200 \, \text{m/s}\)
- Section 3 (Verre) :
- Longueur à parcourir (\(d_3\)) : \(100 \, \text{m}\)
- Vitesse du signal dans le verre (\(v_3\)) : \(100 \, \text{m/s}\)
Schéma : Parcours du Signal Lumineux
Le signal lumineux traverse successivement l'air, l'eau et le verre.
Questions à traiter
- Calcule le temps (\(t_1\)) que met le signal pour traverser la section 1 (Air).
Rappel : \( \text{Temps} = \frac{\text{Distance}}{\text{Vitesse}} \) ou \( t = \frac{d}{v} \) - Calcule le temps (\(t_2\)) que met le signal pour traverser la section 2 (Eau).
- Calcule le temps (\(t_3\)) que met le signal pour traverser la section 3 (Verre).
- Calcule le temps total (\(t_{\text{total}}\)) que met le signal pour traverser les trois sections. (C'est la somme des temps de chaque section).
- Dans quelle section le signal lumineux est-il le plus rapide ? Dans quelle section est-il le plus lent ? Justifie ta réponse en utilisant les vitesses données.
Correction : Aventure lumineuse à travers différents milieux
Question 1 : Temps pour traverser l'Air (\(t_1\))
Principe :
Pour trouver le temps, on divise la distance parcourue dans l'air par la vitesse du signal dans l'air.
Formule utilisée :
Données spécifiques :
- Distance dans l'air (\(d_1\)) : \(600 \, \text{m}\)
- Vitesse dans l'air (\(v_1\)) : \(300 \, \text{m/s}\)
Calcul :
Question 2 : Temps pour traverser l'Eau (\(t_2\))
Principe :
De même, on divise la distance parcourue dans l'eau par la vitesse du signal dans l'eau.
Formule utilisée :
Données spécifiques :
- Distance dans l'eau (\(d_2\)) : \(400 \, \text{m}\)
- Vitesse dans l'eau (\(v_2\)) : \(200 \, \text{m/s}\)
Calcul :
Quiz Intermédiaire 1 : Si un vélo parcourt 20 mètres à une vitesse de 5 m/s, combien de temps met-il ?
Question 3 : Temps pour traverser le Verre (\(t_3\))
Principe :
On applique la même logique : on divise la distance parcourue dans le verre par la vitesse du signal dans le verre.
Formule(s) utilisée(s) :
Données spécifiques :
- Distance dans le verre (\(d_3\)) : \(100 \, \text{m}\)
- Vitesse dans le verre (\(v_3\)) : \(100 \, \text{m/s}\)
Calcul :
Question 4 : Temps total du parcours (\(t_{\text{total}}\))
Principe :
Le temps total est simplement la somme des temps passés dans chaque section.
Formule(s) utilisée(s) :
Données spécifiques :
- Temps dans l'air (\(t_1\)) : \(2 \, \text{s}\)
- Temps dans l'eau (\(t_2\)) : \(2 \, \text{s}\)
- Temps dans le verre (\(t_3\)) : \(1 \, \text{s}\)
Calcul :
Quiz Intermédiaire 2 : Si tu marches 10 minutes, puis cours 5 minutes, combien de temps as-tu bougé au total ?
Question 5 : Comparaison des vitesses
Principe :
Pour savoir où le signal est le plus rapide ou le plus lent, il suffit de comparer les valeurs des vitesses données pour chaque milieu.
Données des vitesses :
- Vitesse dans l'air (\(v_1\)) : \(300 \, \text{m/s}\)
- Vitesse dans l'eau (\(v_2\)) : \(200 \, \text{m/s}\)
- Vitesse dans le verre (\(v_3\)) : \(100 \, \text{m/s}\)
Comparaison et Justification :
En comparant les vitesses :
\(300 \, \text{m/s}\) (air) > \(200 \, \text{m/s}\) (eau) > \(100 \, \text{m/s}\) (verre)
- Le signal est le plus rapide dans l'air car sa vitesse (\(300 \, \text{m/s}\)) est la plus élevée.
- Le signal est le plus lent dans le verre car sa vitesse (\(100 \, \text{m/s}\)) est la plus faible.
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. Si un objet parcourt une grande distance en peu de temps, sa vitesse est :
2. La formule pour calculer le temps de parcours est :
3. En général, la lumière voyage plus lentement dans :
Glossaire des mots importants
- Milieu (transparent)
- C'est une matière ou un endroit à travers lequel la lumière peut passer. Par exemple, l'air, l'eau, le verre sont des milieux transparents.
- Vitesse (\(v\))
- La vitesse indique à quel point quelque chose se déplace rapidement. On la calcule en divisant la distance parcourue par le temps mis pour parcourir cette distance. Elle s'exprime souvent en mètres par seconde (m/s) ou en kilomètres par heure (km/h).
- Distance (\(d\))
- C'est la longueur du trajet parcouru. Elle peut être mesurée en mètres (m), kilomètres (km), centimètres (cm), etc.
- Temps (\(t\))
- C'est la durée que met un événement à se produire ou un objet à parcourir une distance. Il peut être mesuré en secondes (s), minutes (min) ou heures (h).
- Signal lumineux (ou Lumière)
- C'est ce qui nous permet de voir. La lumière se déplace sous forme d'ondes ou de particules et voyage très vite.
- Air, Eau, Verre
- Ce sont des exemples de milieux transparents. La lumière ne voyage pas à la même vitesse dans chacun d'eux.
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