« Photographie/Optique/La vitesse de la lumière » : différence entre les versions

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Galilée semble avoir imaginé le premier que le lumière ne se déplaçait pas de façon instantanée. Il a décrit une expé­rience destinée à en évaluer la vitesse, à l'aide de lanternes disposées sur deux collines des environs de Florence.
 
== Premières mesures indirectes ==
La première détermination de cette vitesse a eu lieu à l'Observatoire de Paris en 1676. En étudiant les mouvements des satellites de Jupiter, l'astronome danois Ole Rømer remarqua des différences entre ses observations et les études théoriques, différences qu'il attribua à la distance entre la Terre et Jupiter. A partir des valeurs connues du diamètre de l'orbite terrestre et de la distance de Jupiter, il trouva 225 000 km/s. Ole Rømer est aussi l'inventeur de la lunette méridienne. Ce résultat fut affiné en 1725 par l'astronome anglais James Bradley grâce au phénomène appelé « aberration des étoiles ».
 
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== L'expérience de Fizeau ==
Hippolyte Fizeau (1819-1896), alors âgé d'à peine 20 ans, améliora la technique du daguerréotype. Il réalisa en 1849, entre le Mont Valérien à Suresnes et la butte de Montmartre, la première mesure terrestre de la vitesse de la lumière. Son système, conservé à l'École Polytechnique, comporte un disque muni de 720 dents et deux miroirs, dont un semi-réfléchissant. La lumière réfléchie par le premier miroir traverse une échancrure de la roue, se réfléchit sur le second miroir et revient à l'observateur après avoir parcouru deux fois les 8633 m du trajet. L'appareillage comporte aussi deux lunettes permettant l'aller et le retour de la lumière.
 
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Image:Speed of light (Fizeau).PNG|principe de l'expérience de Fizeau
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Si on tourne très lentement la roue, la lu­mière qui passe par une échancrure a le temps de revenir par le même chemin. Dans l’oculaire, on observe alors un clignotement, la lumière apparaît et disparaît alternativement selon que les dents lui font obstacle ou non.
 
Si on accélère quelque peu la rotation, le clignotement disparaît à cause de la persistance rétinienne et l'on ne perçoit plus qu'une lumière continue. C'est ce même phénomène qui fait qu'au cinéma les mouvements semblent continus alors que la rétine perçoit, à chaque seconde, 24 images successives séparées par des "« trous noirs" » pendant lesquels le film avance brutalement.
 
Si la roue tourne suffisamment vite, le faisceau parti par une échancrure trouve au retour une dent qui lui ferme le passage. En mesurant la vitesse de rotation pour laquelle cela se produit (12,6 tours/ par seconde) et la distance parcourue par la lumière pendant un aller-retour (17 266 m), on calcule facilement la vitesse de la lumière :
 
En une seconde, le nombre de dents qui défilent devant un point fixe est 12,6 x 720 = 9072
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Fizeau trouva environ 315 000 km/s. Cette valeur était relativement imprécise, à cause de la difficulté de mesurer avec précision la vitesse de rotation de la roue qui correspond exactement à l'extinction du faisceau lumineux.
 
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Image:Fizeau.jpg|Hippolyte Fizeau
Image:Foucault.jpg|Léon Foucault
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En 1862, partant du même principe mais en utilisant un miroir tournant à 24 000 tours/min, Léon Foucault réussit à obtenir une valeur beaucoup plus précise que celle de Fizeau, dans l'enceinte même de l'Observatoire de Paris. On sut alors que la vitesse de la lumière était légèrement inférieure à 300 000 km/s.
 
== Michelson et Morley révolutionnent la physique ! ==
En 1878, avec un montage que l'on pourrait qualifier d'assez rudimentaire, Albert Abraham Michelson et Edward William Morley ont obtenu une valeur bien meilleure encore : 299.853 km/s à 50 km/s près.
 
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Image:Michelson Morley interferometer.gif
Image:Michelsoninterferometer.jpg
[[Image:Michelson Morley interferometer.gif|300px|center]]
[[Image:Interferometre Michelson.svg|300px|center]]
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Image:Albert Abraham Michelson.JPG|Albert Abraham Michelson
Image:Edward Williams Morley.jpg|Edward Williams Morley
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En fait Michelson et Morley, par leur expérience, ont fait voler en éclats toute la physique du 19e siècle ! En voulant tenir compte de la vitesse de la terre pour corriger leurs mesures, ils se sont aperçus non sans surprise que la vitesse de la lumière était la même dans toutes les directions et dans tous les espaces, que ceux-ci soient mobiles ou non. Donc, lorsque l'on se déplace dans le sens de la lumière, les distances se contractent, ou alors le temps se dilate ... La théorie de la relativité, développée un peu plus tard par Einstein, interprète ce phénomène pour le moins déroutant.