AU SOLEIL

minimum.

maximum.

Mercure

Vénus

La Terre

Mars

Jupiter

Saturne

Uranus

Neptune

g 3. MESURE DIRECTE DE LA VITESSE DE LA LUMIÈRE. — MÉTHODE

DE H. FOSEAU.

Les deux méthodes ci-dessus exposées ne conduisent qu'indirectement à la solution du problème qui a pour objet la mesure de la vitesse absolue de la lumière. L'exactitude du nombre auquel on arrive en employant Tune ou l'autre de ces méthodes, est subordonnée à la connaissance d'un élément

astronomique, la parallaxe du Soleil. Il était donc important dé déterminer directement, par des méthodes purement physiques, la vitesse de la lumière, et de vérifier, par la compa* raison des résultais obtenus ainsi, le plus ou moins d'exactitude des données astronomiques sur les dimensions de l'orbite terrestre, et par suite sur les dimensions du système solaire. C'est à quoi sont parvenus deux savants français, M. Fizeau d'un côté, M. Léon Foucault de l'autre. Nous allons décrire successivement les procédés employés par ces deux physiciens, les expériences qu'ils ont faites et les résultats auxquels ils sont parvenus.

Commençons par la méthode de M. Fizeau.

Voici quel en est le principe : Imaginons un écran mobile disposé au devant d'une source lumineuse. Si Ton soulève l'écran, la lumière passe et va tomber, à une distance suffisamment grande, sur un miroir plan placé perpendiculairement à la direction suivie par le faisceau lumineux. Le miroir réfléchit ce faisceau, qui revient sur lui-même et franchit une seconde fois, mais en sens inverse, la distance du miroir à la source. Si, pendant Tintervalle de temps que la lumière a mis à franchir la double distance, à aller de la source au miroir, puis à revenir du miroir à la source, l'écran s'est abaissé, la lumière interceptée ne reviendra plus au point de départ. Toute la question est de savoir pendant combien de temps au plus récran peut rester soulevé lorsque la condition d'interception est remplie : ce temps sera précisément celui que la luipière a employé pour faire le double chemin de l'écran au miroir.

Voyons par quel artifice M. Fizeau est parvenu à réaliser, à appliquer le principe ainsi résumé. L'appareil dont il s'est servi est représenté, en ce qu'il a d'essentiel, dans la figure 28. Il se compose de deux parties : l'une, à droite de la figure, était placée à la station de départ des rayons lumineux, à Suresnes ; l'autre, celle de gauche, était disposée à la station d'arrivée, à Montmartre.

sa LE MONDE PHYSIQUE.

En L est une lampe qui envoie un faisceau de rayons lumineux dans un système de deux lentilles, disposées dans un tube latéral. I* faisceau est réfléchi par un miroir M formé d'un morceau de glace sans tain, incliné à 45° sur sa route. Il converge, après sa réflexion, en un point qui est précisément le foyer de l'objectif d'une lunette AB ; le faisceau est ainsi ramené au parallélisme dans la direction de la ligne des deux stations. 11 franchit donc la distance qui les sépare.

Arrivé à Montmartre, le faisceau, après avoir traversé l'objectif d'une seconde lunette, va se concentrer sur un miroir

Fig. S6. — Appareil de H. Fiieau pour la détenuinatioD de la tilesse de la lumière.

qui le renvoie, en suivant la même route, sur le premier miroir incliné. Là le faisceau réfléchi, traversant la glace sans tain, peut être examiné par l'observateur muni d'un oculaire. On voit qu'à l'aide de cette disposition M. Fizeau a pu observer à Suresnes l'image de la lumière placée près de lui, après que ses rayons avaient effectué le double trajet qui sépare Suresnes de Montmartre.

Toute la question était de déterminer le temps que met la lumière à franchir ce double intervalle. Pour y parvenir, M. Fizeau plaçait sur la route du faisceau, un peu en avant du miroir M et au point où les rayons émanés de ta lampe viennent former leur foyer, les dents d'une roue R, à laquelle un

mécaDisme d'horlogerie permettait d'imprimer un mouvement très rapide et uniforme.

Toutes les fois que le mouvement de la roue amène une dent sur la roule du faisceau, cette dent fait roffice d'un écran, la lumière est interceptée, tandis qu'elle traverse librement le vide qui sépare une dent de la dent suivante. C'est comme si l'on abaissait el relevait alternativement un écran devant le passage de ta lumière. Supposons qu'au début de la rotation la roue, encore immobile, présente un de ses vides au passage de la lumière : l'image réfléchie du point lumineux est vue sans affaiblissement par l'observateur. Si maintenant la roue tourne, mais avec une vitesse telle que chaque

Fig. 39. — Eipéricnces de H. Fiieau : l.lepoinl luiaîncui vu ï traMi-s les dénis de la roue immobile; 3, éclipse partielle du point lumineui; 5. éclipse totale.

dent mette, pour venir prendre la place du vide qui la suit, un temps plus long que le temps employé par la lumière pour aller à Montmartre et revenir à Suresnes, qu'arrivera-t-il? C'est que le rayon lumineux à son retour trouvera encore le passage libre, par le vide même qu'il a traversé au moment du départ: le point lumineux sera toujours visible; mais, à mesure que croitra la vitesse de rotation, l'intensité de la lumière diminuera, parce que, de tous les rayons lumineux qui traversent chacun des intervalles, il y en a un nombre croissant qui, à leur retour, trouveront le passage fermé. Si enfin la vitesse de la roue est telle que le temps employé par une dent pour venir prendre la place du vide qui la précède est précisément égal à celui que met la lumière à franchir

la double distance des deux stations, il n'est pas un seul rayon lumineux traversant la roue au départ qui ne trouve le passage fermé au retour; il y aura éclipse continue du point lumineux tant que persistera la vitesse dont nous parlons.

Gela suffit, car un compteur adapté à la roue permet alors de connaître le nombre de tours qu'elle fait par seconde; le nombre des dents et des intervalles est connu : le temps qu'une dent met à prendre la place d'un vide est donc connu lui-même*, et l'on vient de voir, qu'il est rigoureusement égal à celui que met la lumière à parcourir deux fois les 8633 mètres qui séparaient les deux stations.

M. Fizeau a trouvé ainsi que la lumière parcourt 315000 kilomètres par seconde, résultat qui approche beaucoup de celui que fournissait l'observation des éclipses des satellites de Jupi- 1er, quand on adoptait la distance du Soleil déduite de l'ancienne parallaxe de cet astre*.

C'est en 1849 que M. Fizeau a fait les remarquables expériences dont il vient d'être question. Dans ces dernières années, elles ont été reprises par un de nos savants physiciens, M. Cornu, qui, sans modifier en rien la méthode dans son principe, l'a perfectionnée sous divers rapports. Une des difficultés du procédé expérimenté par M. Fizeau était la mesure précise de la vitesse de rotation de la roue dentée au moment de la disparition ou de l'éclipsé du point lumineux, comme au moment de

i. Le disque employé par M. Fizeau avait son contour divisé en 1440 parties égales, chacune dès lors d'un quart de degré. Elles étaient évidées de deux en deux, de sorte qu'il y avait en tout 720 dents espacées par des vides de même largeur que les dents.

Le compteur donna une vitesse de 12,67 tours par seconde au moment de la première éclipse du point lumineux. La vitesse de rotation était donc alors telle, qu'une dent venait prendre la place de Tintcrvalle vide voisin en un temps marqué par la fraction de seconde

Ainsi, pour franchir deux fois l'intervalle compris entre les deux stations (c'est-à-dire 8635" X 2 ou 17 266 mètres), la lumière avait mis la 18 14i« partie d'une seconde. Donc sa vitesse dans l'air en une seconde était égale à 17 266" x 18244 ou à 315000 kilomètres* On verra que ce premier résultat est un peu trop fort.

la réapparilion. Il s'était efTorcé pour cela de rendre constante, pendant une minute environ, la vitesse qui correspond à ces maxima oumÎDÎma de lumière.

M. Cornu, dans ses expériences, a préféré donner à la roue dentée une vitesse croissante ou décroissante suivant une loi régulière, sauf à enregistrer automatiquement la loi de ce mou-

Fig. 30. — Appareil enregUlreur de H. Cornu. Eipi^riencea sur U vitesse de ia lumière : C, cylindre enregistreur; H, chariol portant trois éleclro- aimants iDunî» de leun tnceleti; H, TDoleur Foucault ï ressort doDoaol le iDouvement i l'enregistreur.

vement par une transmission électrique; une autre transmission permet d'enregistrer aussi les moments précis des apparitions ou disparitions du point lumineux. Sur le cylindre enduit de noir de fumée oiî se tracent graphiquement les nombres de tours de la roue dentée, une seconde ligne marque les points ûî? correspondants à ces moments, et une troisième enregistre les

jnnnM^hTLnnnniutfuxhahnnAfïhn.

Fig. 31, — Diagramme de secondes 0, 2, 4 d'une horloge voisine l'appareil enregistreur.

(fig. 31). De cette façon la mesure de la

vitesse de la roue s'obtient par la coïncidence de ces trois tracés

indépendants.

Une série de 698 expériences faites en 1873 entre l'École polytechnique et le mont Valérien, sur une dislance de 10310 mètres, a donné à M. Cornu, pour la vitesse de la lumière dans le vide, le nombre de 298 500 kilomètres par seconde. En 1875,

de nouvelles expériences* ont eu lieu entre l'Observatoire et la tour de Montlhéry (distance 23 kilomètres). 504 expériences lui ont donné 300400 kilomètres. Le savant physicien estime que cette valeur est exacte à 0,001 près en plus ou en moins.