REVIZ.fr – La lumière

Niveau : terminale
Matière : physique (la lumière)

Dans un milieu homogène (= dont les propriétés sont identiques en tous points) et isotrope (= dont les propriétés sont identiques dans toutes les directions), la lumière se propage en ligne droite.

Rayon lumineux : droite idéale suivie par le lumière

Faisceau lumineux : ensemble de rayons

Limite du modèle : cas de la diffraction par un trou

Est-il possible d’isoler un rayon lumineux ? pour le savoir, on fait passer la lumière par un petit trou dont on réduit progressivement le diamètre.

Si on réduit les dimensions de l’ouverture, on observe une tâche lumineuse entourée d’anneaux, brillants et sombres, dont le diamètre est supérieur au diamètre de l’ouverture.

Il y a diffraction de la lumière par le trou.

Autre limite : diffraction par une fente

Cette fois, on fait passer la lumière à travers une fente.

On observe le même phénomène, les anneaux étant remplacés par des segments.

Le phénomène de diffraction est caractéristique des ondes. La lumière, comme le son (étudié en seconde), se propage sous forme d’onde.

Vitesse de propagation de l’onde lumineuse (dans le vide)

Dans le vide, la lumière se propage à la vitesse C = 3.108 m.s-1 et on a la relation :

= C T

où C est la célérité de la lumière dans la vide, est la longueur d’onde en m et T est la période de l’onde en s.

Vitesse de propagation dans un milieu matériel

Dans un milieu matériel, l’onde lumineuse se propage à la vitesse :

v =

avec

  • C = 3.108 m.s-1 la célérité de la lumière dans le vide
  • n l’indice de réfraction du milieu (sans unité, toujours supérieur à 1)
  • v la vitesse de propagation en m.s-1

 Remarque

Comme l’indice de réfraction n d’un milieu est toujours supérieur à 1, la lumière se propagera toujours moins vite dans un milieu matériel que dans le vide.
La vitesse C ne peut pas être dépassée.

Changement de milieu

Quand on passe d’un milieu à un autre, la fréquence f reste constante. En revanche, la vitesse v varie, donc change aussi.

=

La lumière visible

L’ordre de grandeur de la longueur d’onde (dans le vide) d’une radiation visible est de 0,5 m.

On fait passer la lumière à travers deux petits trous rapprochés.

On observe des interférences. Il y a superposition des ondes émises par les 2 trous.

Interprétation

En un point M de l’écran, il y a une différence de marche, c’est-à-dire une différence de distance à parcourir entre l’onde provenant du trou 1 et celle provenant du trou 2. On note cette différence de distance parcourue.
On admettra que :

  • si = k. (avec k entier), on a une frange brillante (interférence constructive
  • si = ( k’ + ). avec k’ entier, on a une frange sombre (interférence destructive)

Si on note la différence de durée du trajet, = = kT pour les franges brillantes = = (k’ + )T pour les franges sombres

Condition d’obtention des franges d’interférences

Il faut impérativement que les 2 sources soient synchrones (= de même fréquence) et cohérentes (non indépendantes l’une de l’autre).
Cela n’est réalisable que si le 2 faisceaux sont issus de la même source de lumière.

La propagation du couple champ électrique / champ magnétique ( ; ), appelé champ électromagnétique, définit une onde électromagnétique (« EM »). Les ondes lumineuses sont des ondes EM pour lesquelles l’oeil humain est sensible. Elles ne représentent qu’une infime partie des ondes électromagnétiques. D’autres ondes, imperceptible pour l’oeil humain, existent et sont utilisées dans la vie de tous les jours.

Un laser est un appareil qui produit un puissant faisceau de lumière monochromatique et cohérente.

 Directivité

Un faisceau laser est très peu divergent : il est directif. Il peut parcourir de très longues distances.

 Monochromaticité

Le faisceau d’un laser est monochromatique, ce qui signifie qu’il ne comporte q’une seule longueur d’onde .

  Cohérence

La lumière d’un laser est cohérente : les trains d’ondes sont en phase, contrairement à la lumière d’une lampe. Cela permet d’obtenir des interférences.

  Puissance d’un laser

Les lasers sont de puissantes sources de lumière.

Prudence !

On définit l’intensité lumineuse d’un faisceau par la puissance qu’il fournit par unité de surface.

I =

REVIZ.fr – La lumière
Retour en haut