Mesure de la vitesse de la lumière avec de la guimauve
Une chronique du professeur Burp.

Outils : de la guimauve, un four micro-ondes, un double décimètre

Un peu de théorie : dans l’espace qui est le nôtre, les ondes électromagnétiques cheminent à une  vitesse constante (un peu moins de 300 000 km/s) que l’on peut déterminer à l’aide de dispositifs expérimentaux divers. Des études secondaires, on retient généralement des dispositifs assez rébarbatifs fondés sur l’utilisation de miroirs et de disques à obturation rapide, genre croix de malte.

Quelques notions de base : regardons un truc qui émet une onde ayant une fréquence f. Par exemple, une sorte de haut-parleur…

C’est tout à fait ce qui se passe avec la corde ou la lame vibrante d’un instrument de musique.

La fréquence f est le nombre d’oscillations par seconde. Elle se mesure en Hertz. Les fréquences audibles se mesurent en kilo Hertz (kH). Ce sont de simples variations de la pression. Ce ne sont pas des ondes électromagnétiques.
La longueur d’onde l est la longueur d’une oscillation complète. C’est le double de la distance entre deux ventres.

La physique nous enseigne une loi fort simple : la vitesse de propagation de l’onde est égale à la fréquence multipliée par la longueur d’onde. c = f x l

Un four à micro-ondes est essentiellement constitué d’un émetteur de micro-ondes, qui sont des ondes électromagnétiques, tout comme la radio ou la lumière. Si on connaît la fréquence des micro-ondes du four et si on est capable de voir les nœuds et les ventres de l’onde, on peut, par une simple multiplication obtenir la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques. C’est à dire la vitesse de la lumière.

L’expérience : la méthode proposée ici, quoique très rudimentaire, a l’avantage d’être amusante à mettre en œuvre.

Une remarque fondamentale sur la raison d’être du dispositif qui fait tourner les plats dans le four micro-onde : c’est tout simplement parce que ce qui fait chauffer les molécules d’eau dans le micro-onde, c’est l’agitation due à l’onde. Cette dernière est forte aux ventres de l’onde et faible (nulle) aux nœuds. Autrement dit, en l’absence de dispositif rotatif, ça va chauffer en certains endroits et rester froid à d’autres. D’où l’idée de l’expérience.

On regarde la plaque arrière du four et on note la féquence de l’émetteur micro-ondes :

On fait un lit de guimauve au fond du four dont on a retiré le dispositif tournant (du chocolat aurait fait le même effet. Peut être même que du papier fax un peu humide ….)

On fait chauffer quelques instants (1 à 2 minutes)

On observe ce que la théorie a prévu : ça ne chauffe pas partout !

On mesure la distance entre deux ventres (env. 8cm)

On double cette distance pour avoir la longueur d’onde (env. 16 cm soit 0,16 mètres) et on multiplie par la fréquence (2450 Mhz).

On obtient : 0,16 x 2 450 000 000 = 392 000 000 m/s soit 392 000 km/s.

Bon, d’accord, le résultat n’est pas tout à fait précis, mais tout de même, ça vaut le coup, une fois l’expérience réalisée, de profiter de la bonne humeur pour essayer de reprendre et de faire passer un peu de connaissance sur la notion de longueur d’onde, de fréquence et de vitesse de propagation d’une onde.