✨ Exercices : Propagation de la Lumière 🌈 Physique – 2ème Année Collège
Exercice 1 : Propagation rectiligne 🔦
Pourquoi peut-on voir un rayon laser traversant une pièce enfumée alors qu’il est invisible dans l’air pur?
Solution :
La lumière se propage en ligne droite. Dans l’air enfumé, les particules de fumée diffusent la lumière vers nos yeux, rendant le trajet du laser visible. Dans l’air pur, il n’y a pas de diffusion vers nos yeux.
Exercice 2 : Vitesse de la lumière 🚀
La lumière met 1,28 seconde pour aller de la Terre à la Lune. Calculer la distance Terre-Lune. (Vitesse de la lumière : c = 300 000 km/s)
Solution :
Distance = Vitesse × Temps
= 300 000 km/s × 1,28 s
= 384 000 km
Exercice 3 : Ombres portées 🌑
Un objet de 10 cm de hauteur est placé à 20 cm d’une lampe. À quelle distance faut-il placer un écran pour obtenir une ombre de 30 cm?
Solution :
Par le théorème de Thalès :
Hauteur ombre / Hauteur objet = (d lampe-écran) / (d lampe-objet)
30/10 = (20 + x)/20 ⇒ x = 40 cm Distance écran-lampe = 60 cm
Exercice 4 : Milieux de propagation 🌊
Classer ces milieux en transparents, translucides ou opaques : verre dépoli, eau pure, brique, vitre, papier calque.
Pourquoi un bâton plongé dans l’eau semble-t-il brisé à la surface?
Solution :
C’est dû à la réfraction : la lumière change de direction en passant de l’eau à l’air car ces milieux ont des indices de réfraction différents. Notre cerveau interprète les rayons lumineux comme provenant en ligne droite, créant cette illusion.
Exercice 6 : Loi de Snell-Descartes 📐
Un rayon lumineux passe de l’air (n=1) à l’eau (n=1,33) avec un angle d’incidence de 30°. Calculer l’angle de réfraction.
Quelle condition doit être satisfaite pour observer une réflexion totale? Donner un exemple d’application.
Solution :
Condition :
– Passage d’un milieu plus réfringent à un moins réfringent (n₁ > n₂)
– Angle d’incidence supérieur à l’angle limite Application : fibres optiques (transmission de la lumière sur de longues distances)
Exercice 8 : Dispersion de la lumière 🔮
Pourquoi un prisme décompose-t-il la lumière blanche? Quel phénomène physique est responsable?
Solution :
Le prisme décompose la lumière car l’indice de réfraction dépend de la longueur d’onde (couleur). Les violets sont plus déviés que les rouges. Ce phénomène s’appelle la dispersion.
Exercice 9 : Applications pratiques 🔭
Expliquer comment le phénomène de propagation rectiligne est utilisé dans : 1) Les appareils photo 2) Les éclipses
Solution :
1) Appareils photo : La lumière voyage en ligne droite à travers l’objectif pour former une image nette sur le capteur.
2) Éclipses : L’alignement parfait Soleil-Lune-Terre est possible car la lumière se propage en ligne droite, créant des cônes d’ombre.
Exercice 10 : Expérience de pensée 💭
Si la lumière ne se propageait pas en ligne droite mais en courbe, quelles seraient les conséquences sur notre vision du monde?
Solution :
– Les ombres seraient floues ou déformées
– Nous verrions des objets qui ne sont pas dans notre ligne de vue directe
– Les images seraient déformées (comme dans un miroir déformant)
– Les appareils optiques (lunettes, microscopes) ne fonctionneraient pas normalement
