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RECONNAITRE L'EXPERIENCE Cheikh Ali Abdeslam année 2012-2013 COURS: Méthode s d

RECONNAITRE L'EXPERIENCE Cheikh Ali Abdeslam année 2012-2013 COURS: Méthode s de travail EXPOSE SUR LA LUMIERE Méthodes de travail/exposé/Cheikh Ali TABLES DES MATIERES 1. INTRODUCTION 2. HISTOIRE 3. LA LUMIERE 3.1.Le spectre-électromagnétique 3.2.Onde ou particule? 3.3.Le soleil 3.4.Sa vitesse 3.5.Le photon et le modèle standard 4. CONCLUSIONS 5. BIBLIOGRAPHIES 6. ANNEXES Méthodes de travail/exposé/Cheikh Ali 1. INTRODUCTION Depuis très longtemps, la lumière intrigue les hommes. Dans l'antiquité on la considérait de nature divine. Elle a suscité de nombreuses question à son sujet, et elle fut l'objet de recherches très approfondies. Notre compréhension du phénomène de la lumière a beaucoup évoluée, surtout au cours du siècle passé. Malgré cela, elle demeure un sujet d'expérimentation pour beaucoup de chercheurs et de scientifiques. Le dernier prix Nobel de physique a d'ailleurs récompensé deux physiciens pour leur travaux sur le photon. Le français Serge Haroche et l'américain David Wineland ont réussi pour la première fois à observer des photons, particules de la lumière qui ont la particularité très étrange de modifier leur état, dés qu'ils sont soumis à l'observation. Dans un premier temps, je vous propose de voir rapidement comment notre compréhension de la lumière a évolué depuis l'antiquité à nos jours et surtout le siècle passé. Nous verrons également qu'au début du vingtième siècle, les recherches qui vont être faite autour de la lumière vont révolutionner la façon d'appréhender le monde qui nous entoure. Elles vont donner naissance à une manière nouvelle de décrire le comportement de la matière au niveau atomique et subatomique et révéler ainsi le monde étrange de l'infiniment petit. L'objectif de cet exposé est de donner un bref aperçu de nos connaissances sur le phénomène de la lumière. Nous aborderons sa nature, son origine, sa vitesse et les nombreuses applications technologiques qui découlent de nos connaissances à son sujet. Ce travail n'est pas d'ordre scientifique et est accessible à tout un chacun. Je me bornerai simplement à vulgariser certaines notions de bases, tout en étant suffisamment précis pour que la lecture soit intéressante et pourquoi pas, que le lecteur ait envie d’approfondir le sujet. Enfin, je citerai quelques perspectives au niveau de la recherche, qui s'annonce très prometteuses pour l'avenir. Méthodes de travail/exposé/Cheikh Ali 2. HISTOIRE Les grecs ont été les premiers à étudier le phénomène de la lumière. Euclide, 300 ans avant J-C émet l'hypothèse selon laquelle la lumière se compose de minces filets rectilignes ou rayons lumineux. Il pense que l’œil envoie ces rayons frapper les objets, ce qui permet de les voir. Aux alentours du 10ieme siècle, les Arabes qui sont à l’apogée de leur civilisation, récupèrent lors de leur conquêtes les ouvrages grecs. Ils les traduisent, les approfondissent et ils innovent. En l'an 1000, Ibn el Haitam dit Alhazen comprend le fonctionnement de œil et affirme à l'inverse d'Euclide que la lumière provient des objets. Il fera d’innombrables expériences et il ébauchera ainsi les lois de la réflexion et de la réfraction. Plus tard Copernic, Kepler et Galilée s'inspirent des ouvrages d'Alhazen et de bien d'autres savants arabes qui ont été traduits en latin. Ils participent ainsi comme bien d'autres en Europe à la renaissance scientifique. Galilée est le premier à s’interroger sur la vitesse de la lumière. Au milieu du 17ieme siècle, Descartes est persuadé que le phénomène est instantané, mais il a surtout le mérite de s'interroger sur la nature de la lumière. Au début du 18ieme, siècle Olé Romer un astronome danois réussi grâce à ces observations des satellites de Jupiter à établir que la vitesse de la lumière n'est pas infinie. Huygens, mathématicien et astronome hollandais affirme que la lumière est une onde ou vibration qui se propage. Isaac Newton, éminent savant anglais réfute cette théorie et affirme que la lumière est un flot de particules. Tous deux interprètent à leur manière le phénomène lumineux. Cette divergence de vue sur la nature primordiale de la lumière persistera de nombreuses décennies et alimentera le débat scientifique, et cela jusqu'au début de 20ieme siècle, comme nous allons le voir plus loin. Au milieu du 18ieme siècle, Arago, Fresnel et Thomas Young deux physiciens français et un anglais découvrent les phénomènes de diffraction, d’interférence et de polarisation qui prouvent la nature ondulatoire de la lumière et notamment la fameuse expérience dite des fentes de Young que l'on verra plus tard en détails dans le paragraphe: onde ou particule. En 1849 le physicien français Hippolyte Fizeau, parvient pour la première fois à mesurer la vitesse de la lumière. Méthodes de travail/exposé/Cheikh Ali Mais c'est en 1865, grâce aux travaux du physicien et mathématicien anglais Clerk Maxwell que l'Homme va définitivement tourner la page de la physique mécanique newtonienne et entrer dans l'ère de la physique moderne. Maxwell réalise la synthèse magistrale de l'électricité et du magnétisme. En se basant en autre, sur les travaux d'un autre anglais Michael Faraday, inventeur de l'induction électromagnétique. Maxwell découvre et établit que la lumière est l’addition de deux ondes: une onde électrique et une onde magnétique. En 1885, Heinrich Rudolf Hertz, ingénieur et physicien allemand relance le débat sur la nature de la lumière. Il découvre que lorsqu'une plaque de métal est soumise à une lumière ultraviolette, elle émet de l'électricité. Le phénomène photo-électrique est alors découvert et celui-ci est impossible à comprendre si l'on considère que la lumière est une onde. En 1905, inspiré par Max Planck, Robert Einstein affirme que la lumière est composée de quanta, plus tard renommés photons, particules sans masse dont l'énergie varie en fonction de l'onde à laquelle il est associée. A partir de cette date, plus rien ne sera plus comme avant. L'humanité connaîtra le début de sa plus grande avancée scientifique de son histoire. Des savants exceptionnels que l'on peut qualifier de génies, par leur intelligence, leur intuition et leur imagination, vont contribuer à une compréhension révolutionnaire de la réalité qui nous entoure et vont ouvrir une porte sur un univers insoupçonné et changer radicalement la vision de notre monde. Sur cette photo faite au congrès de physique à Solvay en Belgique en 1927, figurent les plus illustres d'entre eux. Source:http://sciencesetavenir.nouvelobs. com Méthodes de travail/exposé/Cheikh Ali 3.LA LUMIERE 3.1. LE SPECTRE ELECTROMAGNETI QUE Lorsque nous entendons le mot lumière, nous songeons automatiquement à la lumière que nous pouvons voir avec nos yeux. En réalité, la lumière visible ne constitue qu'une petite partie d'un ensemble beaucoup plus large, que l'on appelle le rayonnement électromagnétique. On parle de spectre électromagnétique lorsque l'on veut désigner toute l'étendue de la gamme du rayonnement électromagnétique possible Ce rayonnement est une onde qui résulte de l’oscillation d'un champs magnétique et d'un champs électrique. Ces deux champs sont perpendiculaire l'un par rapport à l'autre et perpendiculaire à la direction de propagation. http://kanedaweb.free.fr/lumiere_fichiers/image003.jpg Pour comprendre quelques subtilités de cette onde, il est utile d'expliquer les principaux éléments d'une onde. Comme le présente le schéma ci-dessous, la longueur d'onde est la distance entre deux crêtes de cette onde et elle est exprimée en mètre. La fréquence représente le nombre de longueurs d'onde en 1 seconde et elle est exprimée en hertz(hz). http://www.botanic06.com/site/images/longond.jpg Méthodes de travail/exposé/Cheikh Ali Le spectre électromagnétique est l'ensemble des fréquences de cette onde. On parle aussi de longueur d'onde. Celui-ci va du rayonnement gamma dont les fréquences sont très élevées(ou des longueurs d'onde très courtes) aux ondes radio dont les fréquences sont très faibles(ou des longueurs d'onde très grandes). https://www.google.be/search?q=le+spectre+%C3%A9lectromagn%C3%A9tique&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=eBq- On voit dans ce schéma que les ondes gamma dont la longueur d'onde est de l'ordre de 10-12 mètre (ou picomètre), sont les ondes qui possèdent le plus d'énergie. Vient ensuite les rayons X, les ultraviolets, la lumière visible dont dont la longueur d'onde se situe entre 400nm et 700nm(nm=nanomètre ou10-9 mètre), puis il y a l'infrarouge, les micro-ondes et enfin les ondes radio, qui possèdent le moins d'énergie. En résumé l'onde électromagnétique varie en fonction de sa fréquence et de sa longueur d'onde, plus celle-ci est courte et plus sa fréquence est élevée et plus elle possède d'énergie. Les couleurs principales du spectre visible ne sont que des variations de la longueur d'onde. Sur le tableau ci-dessous, on peut voir les longueurs d'onde des principales couleurs. Méthodes de travail/exposé/Cheikh Ali http://igm.univ-mlv.fr/~dr/XPOSE2009/Transmission_sur_fibre_optique/img/tableau_longueuronde.png http://www.euromelanoma.org/belgium/sites/euromelanoma.org.belgium/files/pictures/Sans titre-1.jpg La majorité du spectre électromagnétique nous vient du soleil, mais également des confins de l'univers. L'atmosphère terrestre filtre une grande partie de ce spectre. Le champs magnétique terrestre joue également un rôle très important. Sur le dessin ci-dessus, on voit que les rayons gamma, les rayons X et les micro-ondes sont arrêtés par l'atmosphère. Ces ondes sont hautement énergétiques et extrêmement nocives. Heureusement pour nous, elles sont absorbées par la haute atmosphère. Méthodes de travail/exposé/Cheikh Ali On voit également, qu'une partie de l'ultraviolet et de l'infrarouge parviennent à la surface de la terre. Et que l'atmosphère laisse passer l'entièreté de la lumière visible et les ondes radios. Le rayonnement ultraviolet est responsable du bronzage, mais peut également être la cause de certains cancers de la peau. L'infrarouge se caractérise principalement par la chaleur. Les ondes radios sont un outil important pour les astronomes, uploads/Histoire/ cheikh-ali-expose-methodes-de-travail-final.pdf