Appareil de Fizeau
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L'appareil de Fizeau est le nom donné à l'instrument utilisé en 1849 par le physicien français Hippolyte Fizeau dans le but de déterminer la vitesse de la lumière. Vers 1848, Fizeau et Foucault se lancent dans la mise au point d'expériences visant à mesurer la vitesse de la lumière sur Terre, et à comparer la vitesse de la lumière dans l'air et dans l'eau. C'est Fizeau qui réalise, en 1849, la première mesure terrestre de la vitesse de la lumière, en utilisant la méthode de la roue dentée.
L'origine de cet appareil reviendrait à Sir Charles Wheatstone qui avait inventé en 1834 un miroir tournant, modifié par François Arago en 1838. C'est ce miroir tournant que Foucault et Fizeau utilisèrent par la suite, séparément. Et c'est l'ingénieur Paul-Gustave Froment qui en aurait réalisé les exemplaires.
Description de l'appareil
L'appareil de Fizeau est constitué :
- d’une roue dentée comportant 720 dents et 720 échancrures, mise en mouvement par un contrepoids. Ce système fut amélioré par la suite par un système de manivelle.
- de deux lunettes et de deux miroirs dont un semi réfléchissant.
- d’une lampe, source lumineuse.
Principe de l'expérience de Fizeau
Le principe de l'expérience est le suivant : la roue dentée est mise en rotation (Z), la source lumineuse (L) est réfléchie par un premier miroir semi-transparent (S1), franchit une échancrure de la roue, parcourt la distance d, se réfléchit sur un miroir lointain (S2), parcourt à nouveau la distance d, et arrive à nouveau sur la roue dentée. Mais celle-ci, entre-temps, a légèrement tourné : la lumière réfléchie peut tomber sur une dent et donc être bloquée, ou passer par une échancrure suivante. En mesurant le temps t qu'il a fallu à la roue pour devenir bloquante, à partir de sa vitesse de rotation (mesurée par l'appareil), et de la distance parcourue (également connue : 2d), on calcule la vitesse de la lumière c :
Au début de la vidéo, de gauche à droite, apparaissent un miroir carré, une roue dentelée montée sur un socle, un prisme biseauté semi-transparent et une lunette. Sous le prisme, une source de lumière projette une « boule », laquelle est réfléchie par la partie gauche du prisme. La boule passe par une échancrure de la roue qui tourne. Réfléchie par le miroir, la boule revient vers la roue qui tourne et passe dans une autre échancrure. Elle traverse ensuite le prisme, ce qui permet à l'observateur de la voir.
Notes et références
- Raymond A. Serway (trad. Robert Morin et Céline Temblay), Physique III. Optique et physique moderne [« Physics for Scientists and Engineers / With Modern Physics »], Laval (Québec), Éditions Études Vivantes, , 3e éd. (ISBN 978-2-7607-0542-5), p. 151-152
