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Physique Chimie
Propagation des ondes lumineuses
2ème année bac Sciences Physiques Physique Chimie 2 bac Propagation des ondes lumineuses fiche de cours
Généralités
تعريف
L’onde lumineuse est une onde transversale car la direction des champs Electrique et magnétiques sont perpendiculaires à la direction de propagation.
Dans le vide, toutes les ondes lumineuses se propagent avec une célérité constante : $$C=3.10^{8} \mathrm{~m} \cdot \mathrm{s}^{-1}$$, C’est une constante universelle et une vitesse limite. Tableau vitesse lumière
| Dans le vide (l’air) | Dans l’eau | Dans le verre |
| $$C=3.10^{8}\mathrm{~m} \cdot \mathrm{s}^{-1}$$ | $$V=2,25.10^{8}\mathrm{~m} \cdot \mathrm{s}^{-1}$$ | $$V=2.10^{8}\mathrm{~m} \cdot \mathrm{s}^{-1}$$ |
Le modèle ondulatoire de la lumière
Diffraction de la lumière
On réalise l'expérience suivante :
On observe sur l'écran une figure de diffraction constituée de taches claires (maximum de lumière) séparées par des taches sombres (minimum de lumière). En passant par une ouverture étroite, la lumière privilégie certaines directions.
Le phénomène de la diffraction confirme la nature ondulatoire de la lumière.
Remarque
- Plus l'ouverture est petite plus la diffraction est accentuée (tache centrale plus longue)
- La diffraction met en défaut le principe de propagation rectiligne de la lumière dans un milieu homogène.
Si la largeur de la fente est circulaire, on observe la figure de diffraction suivante :
Onde lumineuse
Célérité
De façon générale, la lumière peut être considérée comme une onde électromagnétique. En particulier, la lumière émise par le laser peut être décrite comme une onde électromagnétique sinusoïdale de fréquence donnée.
La lumière se propage dans le vide, et dans les milieux transparents (air, eau, gaz, verre, etc...).
Dans le vide, la célérité de la lumière est c = 299 792 458 m.s-1 (on retiendra c 3.108m.s-1).
Remarque
- La célérité de la lumière dans le vide ne dépend pas de la fréquence de l'onde.
- La célérité de la lumière dans l'air est pratiquement égale à sa célérité dans le vide ( $\mathrm{C}_{\text {air }} \simeq \mathrm{C}_{\text {vide }}$ ).
Fréquence
La fréquence d'une 'onde lumineuse sinusoïdale est caractéristique propre de cette onde. Elle reste constante lorsque l'onde lumineuse change de milieu de propagation.
Longueur d'onde dans le vide
Comme toutes les ondes périodiques, les ondes électromagnétiques présentent une double périodicité (temporelle et spatiale).
La longueur d'onde dans le vide d'une onde lumineuse monochromatique sera notée $\lambda_0$. La longueur d'onde $\lambda_0$ est liée à la fréquence par la relation : $\mathbf{c}=\boldsymbol{\lambda}_{\mathbf{0}} . \mathbf{f}$
Lumière visible
L'œil humain est sensible aux ondes lumineuses dont la longueur d'onde est comprise entre $400 \mathrm{~nm}$ (violet) et $800 \mathrm{~nm}$ (rouge).
Propagation d'une onde lumineuse dans un milieu transparent
Indice de réfraction
L'indice de réfraction d'un milieu transparent est le rapport entre la célérité d'une onde se propagean dans le vide et sa célérité dans le milieu considéré.
$$\boldsymbol{n}=\frac{\boldsymbol{c}}{\boldsymbol{v}} \mid \begin{array}{r}\text { Avec } c: \text { célérité de la lumière dans le vide } \\\mathrm{V}=\text { célérité de la lumière dans un milieu homogène transparent }\end{array}$$
Longueur d'onde
La longueur d'onde d'une onde lumineuse dépend du milieu de propagation : $\lambda_{\text {milieu }}=\frac{\lambda_0}{n}$
Diffraction de la lumière
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