Coll̬ge de Saussure РGroupe de physique

Mots clés | Foucault | laser | lumière | vitesse

Expérience reprenant le principe de la mesure de la vitesse de la lumière effectué par Foucault en 1862. Ce principe consiste à utiliser un miroir tournant pour créer des flash lumineux se déplaçant sur distance donnée. La lumière est produite par un laser. Le faisceau est focalisé par une première lentille L1 sur son foyer qui sert de point source objet S.

La lumière traverse ensuite le miroir M semi-transparent placé à 45 ° et puis une seconde lentille L2. Le faisceau arrive ensuite sur le miroir tournant MR qui le renvoie en direction d’un miroir MC fixe concave situé à environ 4.5 m de là. En revenant, le faisceau retombe sur le miroir tournant qui a tourné d’un angle α durant la durée du trajet aller-retour du faisceau au miroir concave. Le faisceau est alors réfléchi par le miroir tournant sous un angle 2α avec la direction du faisceau incident initial. Il est ensuite réfléchi par le miroir semi-transparent, traverse le microscope et forme une tache sur la surface sensible de la webcam. On mesure ensuite le déplacement de ce spot entre sa position initiale lorsque le miroir tournant est à arrêt et lorsqu’il tourne à haute fréquence. La vitesse de la lumière peut ensuite être déduite par calcul à partir de la mesure de ce déplacement.

Pour le montage et le réglage suivre les indications du mode d’emploi donné en lien ci-dessous en se basant sur le schéma donné dans cette fiche pour la position des éléments.

Remarque montage: lorsque les éléments optiques sont disposés sur le banc, il est normal que le support du laser déborde sur le côté du banc d’optique !

Mesure de la vitesse de la lumière

Desserrer complètement la vis de blocage du miroir tournant. Ne regarder dans le microscope sans les polariseurs que lorsque le miroir tourne !

1.-    Mettre en marche le miroir tournant dans le sens des aiguilles d’une montre (CW) à 750 tours/sec. Tout en regardant dans le microscope augmenter la fréquence de rotation  à 1500 tours/sec. Lorsque la fréquence de rotation est stabilisée, aligner la croix de visée à l’aide de la vis micrométrique sur le spot. Relever la valeur indiquée par le micromètre  s’CW. Puis stopper la rotation du miroir.

2.-    Utiliser le bouton direction pour inverser le sens de rotation du miroir (CCW). Ensuite opérer de même, en faisant tourner tout à d’abord le miroir à 750 tours/sec, puis à 1500 tours/sec. Avec la vis micrométrique ramener la croix de visée sur le spot laser. Noter la valeur indiquée sur le micromètre s’CCW. Puis stopper la rotation du miroir.

3.-     En utilisant l’équation suivante avec les données, calculer la vitesse de la lumière. Du moment que la distance miroir tournant – miroir fixe n’est pas optimale ( 4.55 m au lieu de 13.5 m ) la valeur trouvée pour la vitesse de la lumière est imprécise !

 

• kit Pasco complet speed of light
• 1 webcam
• 1 PC

Laser = danger pour les yeux!

Mode d’emploi Pasco traduit