La vitesse de la lumière dans l'espace - Maxicours

La vitesse de la lumière dans l'espace

Objectif
La lumière se propage en ligne droite dans les milieux transparents et homogènes. Comment la vitesse de propagation de la lumière a-t-elle été déterminée ?
Quelle est la valeur ? Est -elle la même dans le vide et dans les autres milieux transparents ?
1. Histoire de la détermination de la vitesse et de la lumière
a. Perception de la lumière par les sens humains
L'homme a longtemps pensé que la lumière se propageait de manière instantanée d'un point à un autre.

Cette hypothèse était fausse. En réalité la lumière se propage à une vitesse limitée mais beaucoup trop élevée pour les sens humains.

Par exemple, il est impossible de percevoir un décalage entre le moment où un interrupteur est actionné et celui où la lumière émise par la lampe est reçue par l'œil.

b. L'expérience de Galilée.
Au XVIIe siècle, Galilée a tenté de mesurer la vitesse de la lumière :
Il a placé un miroir aux sommets de deux collines voisines et a tenté de mesurer le temps nécessaire pour que la lumière fasse un aller-retour. Ce dernier n'a obtenu aucun décalage entre l'émission du signal lumineux et son retour.

Galilée en a conclu que la vitesse de la lumière était trop grande pour être mesurée avec ses appareils.

Expérience de Galilée
c. Première détermination de la vitesse de la lumière
Olaüs Romer a réalisé en 1676 la première détermination de la vitesse de la lumière.

En observant Jupiter, Romer s'est rendu compte que Io, un satellite de Jupiter, était observé avec une certaine avance lorsque la Terre est proche de Jupiter, et avec un retard lorsqu'elle en est loin. Ce satellite possédant un mouvement régulier, il en a déduit que la lumière émise par Io met plus de temps à parvenir jusqu'à la Terre lorsque celle-ci est éloignée.

De par ses observations et ses mesures, Romer propose la valeur de 212 000 km/s pour la vitesse de la lumière.
d. Les autres déterminations de la vitesse de la lumière
Par la suite des mesures et des dispositifs plus précis ont permis une meilleur détermination de la vitesse de la lumière :

En 1849, Hyppolite Fizeau trouve une valeur de 315 000 km/s.
En 1892, Léon Foucault trouve une valeur de 298 000 km/s.

En 1983, la vitesse de la lumière est déterminée avec précision :  299 792, 458 km/s
2. Vitesse de la lumière dans le vide et dans différents milieux
a. Vitesse de la lumière dans le vide
Dans le vide, la lumière se propage à une vitesse de 299 792, 458 km/s mais cette valeur peut être arrondie à 300 000 km/s.

La lumière parcourt donc 300 000 km en seulement 1 seconde.

On peut également noter cette valeur sous une forme scientifique :

3 x 10km/s   ou   3 x 108 m/s
 
b. Vitesse de la lumière dans différents milieux
Dans l'air, la lumière se propage presque à la même vitesse que dans le vide, soit environ 300 000 km/s. Par contre dans les autres milieux transparents, la vitesse de la lumière est plus faible :

Dans l'eau : 225 000 km/s
Dans le verre : 200 000 km/s
Dans le diamant : 124 000 km/s

Remarque : La vitesse de la lumière dans le vide est la vitesse maximale que peut atteindre la lumière. 300 000 km/s est une limite qui ne peut en aucun cas être dépassée.
L'essentiel
La vitesse de propagation de la lumière est trop élevée pour être perçue par l'œil humain, mais celle-ci n'est pas instantanée.

Dans l'air et dans le vide, la vitesse est de 300 000 km/s. Cette valeur peut se noter  3 x 105 km/s ou 3 x 108 m/s.

Dans les autres milieux transparents, la vitesse de la lumière est toujours plus faible.

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