Vitesse de la lumière en km/h : comment mesurer sa célérité ?

La lumière est une constante fondamentale de l’Univers. L’Année internationale de la lumière 2015 a offert de nombreuses opportunités. Par exemple, comprendre le monde qui nous entoure, comme la vitesse de la lumière en km/h . Voici un résumé de ce phénomène lumineux qui a le plus de conséquence dans notre vie quotidienne. Il est illustré par un tir Laser pour en faire sa mesure. Mais aussi par la communication par fibre optique pour Internet? Enfin, avec l’excellent cours en ligne de Jamy propose sur la physique de la lumière. L’occasion de fêter les vingt bougies du Planétarium de Vaulx-en-Velin. Avec quelle célérité ? Explications à l’occasion de la Journée internationale de la Lumière.

Vitesse de la lumière en km/h

Quelle est la vitesse de la lumière dans le vide ?

La lumière est centrale dans la relation entre espace et temps. Sa vitesse est une constante fondamentale de l’Univers. Elle représente la vitesse maximale pour toute information et énergie.

Dans le vide, la vitesse de la lumière atteint environ 299 792 458 m/s. C’est un pilier de référence de la physique moderne !

La découverte de la vitesse révolutionné notre compréhension de l’espace-temps. La relativité d’Albert Einstein repose sur cette constance de la lumière. Elle redéfinit les concepts traditionnels de temps, espace et mouvement. De plus, cette vitesse limite les interactions et événements dans l’univers.

De nombreux domaines de la physique moderne dépendent de cette constante. Par exemple : l’optique, la cosmologie et la mécanique quantique. Depuis la nuit des temps, l’étude de la lumière stimule des recherches scientifiques avancées.

Vitesse de la lumière : environ 299 792 km/s

La vitesse de la lumière est une constante universelle. Elle est d’environ 299 792 458 m/s. Aucune information ou objet ne peut dépasser cette vitesse. Cette valeur a été fixée en 1983 par le Bureau des poids et des mesures. En km/h, la vitesse équivaut à environ 1 079 252 848,8 km/h.

Pour des calculs courants, une approximation de 300 000 000 m/s est souvent utilisée. Cette approximation convient à la majorité des applications. De plus, sa vitesse est invariante dans le vide. Qu’ils soient immobiles ou en mouvement, elle est la même pour tous les observateurs.

En 1964, un test a validé cette invariance au CERN. Il a mesuré la vitesse de rayons gamma issus de désintégrations de pions. Cette invariance est un pilier de la relativité restreinte d’Einstein. Ainsi, indépendamment de son référentiel, la lumière se propage toujours à la même vitesse.

 

Vitesse de la lumière ou célérité : quelle différence ?

Le terme « célérité » désigne la vitesse de propagation des ondes. Il inclut l’éclairage comme onde électromagnétique. La lettre « c » symbolise la vitesse de la lumière.

La « vitesse » concerne plutôt le déplacement de la matière. Pour la lumière, il est donc préférable d’utiliser le mot « célérité ». Cependant, « vitesse » est plus courant dans l’usage quotidien…

La vitesse de la lumière (c) est le rapport entre la distance parcourue et la durée. Cette relation est : c = d / Δt. Bien que c soit déjà connue, cette formule aide à exprimer la distance ou la durée. Elle intervient dans plusieurs relations importantes :

• Équivalence masse-énergie d’Einstein.
• Relation entre fréquence (ν) et longueur d’onde (λ).
• Relation entre durée mesurée (ΔTm) et durée propre (ΔT0).

Hippolyte Fizeau réalisa la première mesure à Paris

La mesure du temps nécessaire pour que le faisceau lumineux fasse l’aller/retour permet de l’estimer avec une assez bonne précision. Cette expérience reproduit en la modernisant, celle menée par Hippolyte Fizeau, qui réalisa la première mesure terrestre de la vitesse de la lumière en 1849 entre Suresnes et la butte Montmartre.

Comment mesurer la vitesse de la lumière en km/h au laser ?

Avec le Planétarium de Vaulx-en-Velin et l’Institut Lumière Matière (ILM, CNRS – Université Claude Bernard Lyon 1), le laboratoire de recherche en physique et physico-chimie a réalisé une expérience de tir Laser grandeur nature. C’était du jeudi 24 au dimanche 27 septembre 2015, de 20h et minuit.

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Objectif : mesurer la vitesse de la lumière en km/h entre les sites de la Basilique de Fourvière et de l’Hôtel-de-Ville de Vaulx-en-Velin. En 2006, le Planétarium avait réalisé la même expérience sur la célérité de la lumière avec succès.

Tir Laser entre Lyon et Vaulx-en-Velin à 300 000 000 m/s

L‘éclairage Laser a été émis depuis l’esplanade de la basilique de Fourvière. Dirigé vers l’hôtel-de-Ville de Vaulx-en-Velin, il est protégé dans une casemate sécurisée. Des personnes de l’ILM était là pour expliquer la vitesse de la lumière et le processus technique mis en oeuvre.

Ensuite, la terrasse du toit de l’Hôtel-de-Ville de Vaulx-en-Velin accueille un miroir secondaire. Il réfléchi le Laser émis et le redirige vers Fourvière. C’était les 24, 25, 26 et 27 septembre 2015 entre 20h et minuit. Plusieurs tirs ont été effectués. Et le public a alors fait ses propres mesures.

Expérience tous public pour les 20 ans du planétarium

L’Année internationale de la Lumière et des technologies fondées sur l’éclairage est aussi celle d’un anniversaire, celui des 20 ans du Planétarium de Vaulx-en-Velin. Le rayon Laser s’étend symboliquement depuis le berceau historique de Lyon, la colline de Fourvière, jusqu’à la mairie de Vaulx-en-Velin, ville qui a donné naissance au Planétarium en 1995.

Ainsi, le choix de cette expérience, outre son intérêt pédagogique, scientifique et historique, a valeur de symbole. En effet, elle matérialise et en renforce la dimension d’agglomération du Planétarium de Vaulx-en-Velin. C’est un équipement ouvert à tous les habitants de la Métropole de Lyon et de la région. Alors, la célérité de la lumière du Laser est un véritable fil d’Ariane reliant physiquement Vaulx-en-Velin et le centre historique de Lyon.

 

Quelle est la vitesse de la lumière dans la communication par fibre optique ?

Utilisée depuis les années 1970, la fibre optique est un pilier des technologies de communication d’aujourd’hui. Elle permet de transmettre des données à travers des câbles en verre ou en polymère, grâce à la lumière. Mais quelle est la vitesse de cette lumière ?

Vitesse est réduite à environ 200 000 km/s

Dans le vide, la lumière se déplace à une vitesse incroyable de 300 000 km/s. Toutefois, lorsqu’elle pénètre un câble en fibre optique, sa vitesse est réduite à environ 200 000 km/s. Ce phénomène est essentiellement dû à l’indice de réfraction du matériau qui compose le cœur de la fibre, souvent du verre. L’indice de réfraction moyen est d’environ 1,5, ce qui fait ralentir les photons !

La fibre optique, véritable révolution technologique, agit comme un guide d’ondes en utilisant les propriétés fascinantes de la lumière. Elle se compose d’un cœur, dont l’indice de réfraction est légèrement supérieur à celui de la gaine qui l’entoure.

Bien que minime, cette différence permet de confiner la lumière par le phénomène de réflexion totale interne. Pour couronner le tout, une gaine en plastique protège cet ensemble délicat, assurant durabilité et efficacité.

Cette diminution de vitesse représente environ 67 % de celle observée dans le vide. Ça peut vous sembler étonnant non ? Cependant, presque sans perte de signal, elle permet une transmission efficace. Grâce à la réflexion totale interne, la lumière peut voyager sur des milliers de kilomètres et entre les continents dans le fond des océans. Ainsi, elle conserve la qualité des données transmises.

La latence, ou ping, de la communication Internet

La latence, souvent appelée ping, est un concept essentiel pour évaluer la réactivité de notre connexion Internet. En termes simples, il s’agit du temps nécessaire à un petit paquet de données pour faire l’aller-retour entre votre appareil et un serveur. Exprimée en millisecondes (ms), la latence joue un rôle crucial dans notre expérience numérique quotidienne.

• Un ping faible, idéalement compris entre 0 et 50 ms, signifie une connexion très réactive. Cela se traduit par des échanges fluides lors de l’ouverture de pages web, d’appels vidéo ou de jeux en ligne.
• À l’inverse, un ping supérieur à 200 ms peut entraîner des retards, affectant ainsi les activités en temps réel.
• Mais pas de panique, même un ping moyen entre 50 et 200 ms reste tout à fait suffisant pour le quotidien.

Facteurs qui influencent la latence

La fibre optique est souvent synonyme de latence très faible, permettant des échanges rapides et stables. Trois facteurs influencent la latence :

• technologie utilisée,
• distance au serveur,
• qualité du réseau.

Les connexions Wi-Fi, quant à elles, peuvent être affectées par des interférences, mais le bon équipement peut faire toute la différence.

Test de connexion en quelques clics

Pour récolter des données sur votre ping, rien de plus simple ! Un test de connexion en quelques clics suffit pour mesurer la réactivité de votre réseau. Ce test vous permettra de savoir si votre connexion est à la hauteur de vos attentes, surtout pour des services exigeants.

Les implications sont prometteuses. En réduisant la latence, du système de communication optimise les réseaux. Il permettant une connexion Internet plus rapide et plus fiable. C’est une avancée remarquable qui témoigne du potentiel de la fibre optique pour transformer notre quotidien numérique.

En somme, bien que la lumière voyage un peu plus lentement dans les câbles en fibre optique, cette technologie demeure un atout incontournable pour l’avenir des communications. Les innovations continuent d’émerger, prêtant à l’optimisme quant à l’évolution du monde connecté.

 

Où trouver des cours en ligne sur la physique de la lumière ?

Plusieurs reportages didactiques du Monde de Jamy propose des cours en ligne sur la physique de la lumière. C’est une vulgarisation scientifique de la vitesse dans le vide, de l’histoire des mesures, de l’univers et ses mystères.

Selon les lois de la physique, nous ne pouvons pas voyager plus vite que la vitesse de la lumière. Sa rapidité nous permet de voir les choses instantanément sur la Terre. Quelle est l’histoire des mesures qui se cache derrière la science ?

Vitesse de la lumière et histoire des mesures

De ce moment où l’on a commencé à mettre en doute l’instantanéité de le lumière à celui où sa vitesse est devenue une constante scientifique, il se sera écoulé… 10 siècles.

C’est cette longue histoire, pleine de rebondissements qu’entreprend de raconter, ici, Jamy Gourmaud, l’animateur du magazine C’est pas sorcier sur France 3.

Conteur inspiré, drôle et volubile, il y apparaît entouré des personnages historiques en dessin animé au trait. Ses démonstrations sont assurées par des maquettes numériques en 3D.

Vitesse de la lumière : finie ou infinie ?

Dans cette quête, on croise d’abord Copernic, Galilée et Kepler. En effet, leurs recherches et découvertes astronomiques ont joué un rôle déterminant dans les premières tentatives de mesure de la vitesse de la lumière, aux XVII et XVIIIe siècle.

Première mesure sur Terre de la vitesse de la lumière

Puis, au milieu du XIXe, s’éloignant des méthodes astronomiques, d’ingénieux savants vont mettre en place les premières mesures la vitesse de la lumière sur terre.

Recherche de la précision de la vitesse

Les Français Hippolyte Fizeau et Léon Foucault, des autodidactes, fabriquent des machines d’une extraordinaire inventivité, à roue dentée ou à miroir tournant pour trouver avec précision quelle est la vitesse de la lumière.

Course à la précision des mesures

Dans l’histoire des mesures, le français Alfred Cornu puis l’américain Albert Michelson perfectionnent, enrichissent ces machines les rendant de plus en plus précises. Avec eux la mesure de la vitesse de la lumière acquiert une autre dimension, c’est le début d’une course effrénée à la précision de la mesure, doublé d’une course au prestige entre nations.

De la vitesse à la célérité de la lumière

Arrive le XXe siècle et avec lui la compréhension de la vraie nature corpusculo-ondulatoire de la lumière. Changement d’objet : mesurer sa vitesse se réduit tout simplement à mesurer une longueur d’onde et à la multiplier par sa fréquence. La fin de l’histoire est inattendue avec l’arrivée d’un nouvel intrus : le mètre.

En effet, nos savants avaient mesuré la vitesse de la lumière en utilisant comme unité « le mètre par seconde ». Mais, contrairement à la seconde et à son horloge atomique, le mètre apparaît à la science de la fin du XXe siècle trop peu précis et surtout trop peu universel. La parade est trouvée : fixons désormais sa vitesse et définissons le mètre à partir de cette vitesse. Puisque qu’elle se déplace à 299.792.458 m/s, un mètre sera désormais la longueur parcourue par la lumière en 1/299.792.458e de seconde.

Valeur de la vitesse de la lumière : 299.792.458 m/s

Toutes sortes d’applications sont directement dérivées de cette course à trouver cette valeur. Ainsi, des applications d’utilisation quotidienne comme le GPS l’applique. Son fonctionnent est expliqué, pour finir, ici.

Autre cours et reportage par A&E Télevision Networks

Un autre reportage de 2008, Vitesse de la lumière, par A&E Télévisions Networks, est aussi intéressant. Il présente l’histoire de l’univers et remonte à travers le temps jusqu’à 14 milliards d’années en arrière. Pour autant, les droits de reproduction vidéo ne sont pas disponible sur le Web.

 

Approfondir le sujet

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