Saviez-vous que les vitesses du son et de la lumière peuvent nous fournir beaucoup de renseignements fort utiles?
Voici tout d’abord des chiffres importants :
- Vitesse du son à 20 oC : 343 m/s1
- Vitesse de la lumière dans le vide : 300 000 000 m/s (299 297 456,2 km/s)2
Le retard sonore
Nous pouvons utiliser les différences dans les vitesses mesurées pour nous aider à comprendre le comportement des objets.
Par exemple, par une chaude journée d’été, vous pourriez vous trouver dans un parc où une personne plonge en toute sécurité dans l’eau.
Si vous passez près de cette personne en canot, vous la verrez entrer dans l’eau et entendrez le son des éclaboussures presque immédiatement.
Toutefois, si vous passez plus loin d’elle, disons à 500 mètres, et que vous vous trouvez à la regarder juste au moment où elle plonge, vous n’entendrez les éclaboussures qu’environ 1,5 seconde plus tard.
Pourquoi est-ce ainsi?
La réponse relève de la différence entre la vitesse de la lumière et la vitesse du son. La vitesse de la lumière est si rapide qu’une différence de seulement 500 m (la distance entre vous et la personne qui plonge) est presque négligeable.
Toutefois, cette distance équivaut à environ 1,5 fois la distance à laquelle le son voyage en une seconde. Donc, bien que vos yeux captent instantanément la personne en train de plonger, il faudra 1,5 seconde avant que le son ne parvienne à vos oreilles.
La tempête qui s’approche
Le truc pour connaître la différence entre les vitesses de la lumière et du son peut s’avérer un outil très important pour les personnes qui font de la randonnée pédestre, du canot ou des activités en plein air dans nos parcs.
Par exemple, si vous faites du canot et que vous entendez ou voyez des éclairs, vous devriez probablement vous dirigez vers le rivage. Toutefois, la question serait peut-être de savoir à quelle distance se trouvent les éclairs et à quelle vitesse ils se déplacent vers vous.
Eh bien, nous savons que le son voyage à une vitesse d’environ 343 m/ et que la lumière est presque instantanée. La règle générale est que, pour chaque cinq secondes d’intervalle entre l’éclair et le coup de tonnerre, on peut calculer une distance d’environ 1,7 km ou 1 mille.
Donc, si vous voyez un éclair, commencez à compter les secondes jusqu’à ce que vous entendiez le coup de tonnerre. Si cela prend environ cinq secondes, alors l’éclair se trouve à une distance de 1,7 km. Si cela prend environ dix secondes, alors l’éclair se trouve deux fois plus loin ou à 3,4 km (2 milles) de l’endroit où vous êtes.
Le truc, c’est de continuer de surveiller la situation. Si la distance entre l’éclair et le coup de tonnerre diminue, alors les éclairs se dirigent vers vous, et vous devrez peut-être agir immédiatement pour trouver un endroit sécuritaire.
Si, par contre, le temps entre l’apparition de l’éclair et le coup de tonnerre reste le même ou augmente, il n’y a peut-être aucun danger puisque les éclairs ne s’approchent peut-être pas. De toute évidence, c’est important de toujours prendre les mesures nécessaires pour assurer votre sécurité et celle de votre groupe.
Les distances jusqu’à la lune et les planètes
Vous pouvez utiliser un truc semblable pour déterminer les distances jusqu’à la lune et au-delà. Si vous avez déjà écouté les communications entre les astronautes d’Apollo et les contrôleurs de la NASA, vous aurez remarqué qu’il y a un délai dans leurs communications.
Dans ce cas, la vitesse du son n’entre pas en ligne de compte puisqu’il n’y a pas d’air dans l’espace à travers lequel le son peut voyager. Toutefois, située à une distance d’un peu plus de 380 000 km de la Terre, la lune est assez loin pour que cela influe sur le temps requis pour qu’un signal optique voyage de la Terre à la lune.
Il faut environ 1,33 s aux transmissions radioélectriques, qui voyagent à la vitesse de la lumière (300 000 km/s), pour atteindre la lune et un autre 1,33 s pour en revenir. C’est ce qui explique le délai que l’on entend dans les communications entre les astronautes et les contrôleurs.
La distance précise jusqu’à la lune est connue au millimètre près grâce au lidar et aux réflecteurs lunaires laissés sur la lune par les astronautes d’Apollo.
Le lidar (système de détection et de localisation par la lumière) utilise le principe de faire réverbérer un faisceau de lumière sur une cible et de mesurer le temps requis pour le retour du signal réverbéré. Connaissant la vitesse de la lumière, l’observateur peut alors calculer avec une grande précision la distance jusqu’à la cible.
Cette approche a permis à des astronomes de mesurer la distance jusqu’à soleil et aux planètes, non pas en plaçant des réflecteurs sur ces objets, mais en envoyant un faisceau vers l’extérieur et en mesurant le temps de retour sur la Terre de la réflexion du faisceau. De tels renseignements ont permis de prédire plus exactement des phénomènes célestes et de vérifier de façon plus approfondie des théories scientifiques.
La simple connaissance des vitesses du son et de la lumière peut vous aider à apprendre bien des choses sur votre environnement!