Fiche de révision : Vitesse de la lumière et année-lumière
En bref
La lumière se propage dans le vide à 300 000 km/s. L'année-lumière est la distance parcourue par la lumière en un an. Une lentille convergente forme une image sur un écran ou sur la rétine. L'œil fonctionne comme un appareil photo : cristallin (lentille), rétine (capteur). Les couleurs sont perçues par les cônes de la rétine.
Points clés
- La vitesse de la lumière dans le vide est c = 3,00 × 10^8 m/s (≈ 300 000 km/s).
- Une année-lumière (al) est une distance : 1 al = c × 1 an ≈ 9,46 × 10^15 m.
- Une lentille convergente fait converger les rayons lumineux parallèles en son foyer image.
- L'image réelle d'un objet se forme sur un écran ou sur la rétine si l'objet est au-delà du foyer.
- L'œil possède un cristallin (lentille convergente) et une rétine (capteur photosensible).
- Les cônes de la rétine permettent la vision des couleurs (rouge, vert, bleu).
- Un capteur numérique (CCD/CMOS) convertit la lumière en signal électrique pour former une image.
- La distance Terre-étoile en al se calcule par d = c × t (t en années).
Définitions & formules
Vitesse de la lumière dans le vide
c = 3,00 × 10^8 m/s
Année-lumière (al)
Distance parcourue par la lumière en un an : 1 al = c × 1 an ≈ 9,46 × 10^15 m
Relation distance-temps pour la lumière
d = c × t (avec d en m, c en m/s, t en s)
Lentille convergente
Lentille qui fait converger les rayons lumineux parallèles en un point (foyer image).
Foyer image
Point où convergent les rayons lumineux parallèles à l'axe optique après traversée de la lentille.
Image réelle
Image formée par intersection réelle des rayons lumineux ; elle peut être projetée sur un écran.
Rétine
Couche de cellules photosensibles au fond de l'œil, jouant le rôle de capteur.
Cônes
Cellules de la rétine sensibles aux couleurs (rouge, vert, bleu).
Méthode flash
- 1Pour calculer une distance en al : convertir le temps en années, puis d (al) = c (al/an) × t (an) avec c = 1 al/an.
- 2Pour calculer une distance en m : utiliser d = c × t avec c = 3,00×10^8 m/s et t en secondes.
- 3Pour former une image nette avec une lentille convergente : placer l'écran (ou la rétine) au niveau du plan image où les rayons convergent.
- 4Pour déterminer la couleur perçue : la lumière incidente est absorbée ou réfléchie par l'objet ; seules les longueurs d'onde réfléchies atteignent l'œil.
Exemple corrigé
Énoncé
La lumière d'une étoile met 4,2 ans pour nous parvenir. Quelle est la distance de cette étoile en années-lumière ?
Résolution
d = c × t = 1 al/an × 4,2 an = 4,2 al. L'étoile est à 4,2 al de la Terre.
Pièges à éviter
❌ Faux : L'année-lumière est une unité de temps.
✅ Correct : L'année-lumière est une unité de distance.
❌ Faux : La vitesse de la lumière est de 300 000 m/s.
✅ Correct : La vitesse de la lumière est de 300 000 km/s (3,00×10^8 m/s).
❌ Faux : L'image sur la rétine est toujours droite.
✅ Correct : L'image sur la rétine est renversée (le cerveau la redresse).
Auto-évaluation
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