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Parallaxe

Mesurer des distances avec ses yeux

La parallaxe est un concept en géométrie qui peut se résumer ainsi:

Si on change de point de vue sur un objet, sa position change par rapport à nous. On peut donc inférer la distance entre l'observateur et l'objet en modifiant la position de l'observateur.

En d'autre termes, la parallaxe est une procédure qui permet de mesurer une distance en utilisant le fait que la lumière voyage en ligne droite. Pour pouvoir utiliser cette procédure, on doit d'abord revoir un peu de trigonométrie.

Trigonométrie

Les fonctions sinus et cosinus sont des fonctions trigonométriques décrivant l'évolution des distances au fur et à mesure qu'on se déplace sur le périmètre d'un cercle. Dans l'animation ci-dessous, on fait évoluer l'angle pour deux fonctions trigonométriques:

Fonction cosinus

x = 5 cos(\theta)

Fonction sinus

y = 5 sin(\theta)

Animation fonctions sinus et cosinus

On remarque que la première formule donne la base x d'un triangle rectangle dont l'hypoténuse est égale au rayon du cercle. La deuxième formule, elle, donne sa hauteur y. Tout ce dont on a besoin est le rayon du cercle - l'hypoténuse - et l'angle.

Illustration triangle rectangle pour trigoOn peut donc utiliser ces fonctions trigonométriques pour trouver une dimension d'un triangle rectangle à partir de la valeur d'un de ses angles et d'un de ses côtés.

On définit d'abord les côtés du triangle:

  • l'hypoténuse, son côté le plus long (le rayon du cercle dans l'expérience précédente)
  • l'adjacente, le côté à côté de l'angle d'intérêt
  • l'opposée, le côté faisant face à l'angle d'intérêt

On définit ensuite en ces termes les fonctions trigonométriques:

  • Sinus

Fonction sinus

sin(\theta)= \frac{[opp]}{[hyp]}

  • Cosinus

Cosinus

cos(\theta)=\frac{[adj]}{[hyp]}

  • On peut en créer une troisième, la tangente:

Tangente

tan(\theta) = \frac{sin(\theta)}{cos(\theta)} = \frac{[opp]}{[hyp]} \frac{[hyp]}{[adj]}\\ tan(\theta)=\frac{[opp]}{[adj]}

SOH CAH TOAIl existe un moyen mnémotechnique pour se rappeler de ces trois fonctions trigonométriques: SOH CAH TOA, décrit dans l'illustration ci-contre.

Parfois, c'est l'angle qu'on recherche. Il faut alors savoir que l'inverse d'une fonction trigonométrique est indiquée par les fonctions ASIN, ACOS et ATAN (tableur) ou les touches sin-1, cos-1 et tan-1 (calculatrice).

Inverse d'une fonction trigonométrique

Méthode

Mesurer en utilisant la parallaxeOn sait maintenant que pour mesurer une distance dans un triangle rectangle, on n'a besoin que d'un angle, d'une de ses dimensions et d'une fonction trigonométrique.

  • Initialement, l'observateur est au point A, en face de la cible au point B
  • Il se tourne à 90° et se déplace une distance [AC] qu'il mesure
  • Au point B, il mesure l'angle θ que fait la direction de la cible avec la direction qu'il vient de parcourir

Il résout enfin la fonction trigonométrique pour la distance [AB], comprenant que [AB] est l'opposée à l'angle et [AC] l'adjacente. La fonction trigonométrique à utiliser est donc la tangente.

Utilisation de la parallaxe

tan(\theta) = \frac{[AB]}{[AC]}\\ [AB] = [AC] tan(\theta)

On peut aussi mesurer avec cette valeur l'hypoténuse de ce triangle avec les autres fonctions trigonométriques.

Activité "remplir les blancs"

Lisez le paragraphe ci-dessous et saisissez les valeurs manquantes, arrondies à l'unité.

On cherche à estimer la distance entre un point de vue et le sommet d'une montagne. En utilisant la méthode de la parallaxe et des instruments de haute précision, on trouve un angle de 88,5° pour une distance de 30 mètres. La distance entre le point de vue et le sommet de la montagne est donc de m.

En parcourant la distance de 30 mètres à angle droit, on s'est éloigné du somme de la montagne de cm.

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