. PROF: Mr BECHA Adel ( prof principal)
4 eme Sciences exp , maths et technique
Matière : Sciences physiques www.physique.ht.cx
Le modèle ondulatoire de la lumière
1. Diffraction de la lumière
Réalisons l'expérience suivante:
On observe sur l'écran une figure de diffraction. Ce phénomène se produit lorsque l'ouverture
par laquelle passe la lumière est de petite taille. On dit que l'ouverture a diffracté la lumière du
laser.
Remarques:
Plus l'ouverture est petite, plus le phénomène de diffraction est marqué.
Le phénomène de diffraction met en défaut le principe de propagation rectiligne de la
lumière dans un milieu homogène.
Si l'ouverture est une fente, on observe la figure ci-contre.
2. Interprétation ondulatoire
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.
1
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).
Publicité
Remarques:
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 (cair
cvide).
II. Couleur et longueur d'onde
1. Lumière monochromatique
Définition On appelle lumière monochromatique une onde électromagnétique progressive
sinusoïdale de fréquence donnée. La couleur de cette lumière est liée à la valeur de sa
fréquence.
2. Longueur d'onde
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 o
(o=c/f).
3. Lumière visible
Définition On appelle lumière une onde électromagnétique visible par l'oeil humain.
Longueurs d'ondes des radiations visibles
III. Propagation d'une onde lumineuse dans un milieu transparent
1. Indice de réfraction
Remarques préliminaires
La fréquence d'une onde électromagnétique ne dépend que de la fréquence de la
source. Elle ne dépend pas du milieu de propagation de l'onde.
Publicité
La célérité d'une onde électromagnétique dépend du milieu de propagation.
La célérité d'une onde électromagnétique dans une milieu transparent est toujours
inférieure à la célérité cette onde dans le vide (c).
Définition: L'indice de réfraction d'un milieu transparent est le rapport entre la célérité d'une
onde se propageant dans le vide et sa célérité dans le milieu considéré.
2
n =
c
v
avec
n: indice de réfraction du milieu transparent
c: célérité de l'onde dans le vide (3.108m.s-1)
v: célérité de l'onde dans le milieu transparent (m.s-1)
2. Milieu dispersif - milieu non dispersif
Définition: Un milieu transparent est dit dispersif si la célérité d'une onde lumineuse
monochromatique qui se propage dans ce milieu dépend de sa fréquence (donc de sa longueur
d'onde dans le vide).
Définition: Un milieu transparent est dit non dispersif si la célérité d'une onde lumineuse
monochromatique qui s'y propage dans ne dépend pas de sa fréquence.
Conséquence: L'indice de réfraction d'un milieu dispersif dépend donc de la fréquence de
l'onde qui s'y propage.
IV. Spectres de la lumière
Publicité
1. Radiation monochromatique
Expérience:
On éclaire un prisme à l'aide d'un faisceau laser
On observe sur l'écran un spectre composé d'une seule raie
2. Lumière polychromatique
Définition: On appelle lumière polychromatique une lumière composée de plusieurs ondes
monochromatiques de fréquences différentes (la lumière blanche, par exemple, est une
lumière polychromatique).
Lorsqu'une lumière polychromatique traverse une prisme (milieu dispersif), on observe un
spectre sur un écran placé à proximité.
Sur l'écran, on observe un spectre
Le spectre de la lumière blanche (spectre continu)
3
rrouge
rbleu car l'indice de réfraction du milieu dépend de la
fréquence de l'onde.
Le spectre d'une lampe à vapeur de mercure (spectre
discontinu)
L'arc en ciel est du à la décomposition de la lumière solaire (lumière blanche) par les gouttelettes d'eau en
suspension dans l'atmosphère.
Remarques
Le spectre de la lumière blanche s'étend de =400nm (bleu) à =800nm (rouge).
Publicité
Spectre de la lumière blanche
4
Lors de la réfraction d'une lumière polychromatique par un prisme, les radiations de
petites longueurs d'onde ( donc de fréquence plus élevée) comme le bleu sont les plus
déviées.
V. Retour sur le phénomène de diffraction
Réalisons la diffraction d'un faisceau laser par une fente
Voici un schéma détaillé du dispositif et de la figure de diffraction (vu du dessus).
On montre que lorsque l'ouverture est une fente:
=
a
avec
: écart angulaire entre le milieu de la tache centrale et la
première extinction (rad)
o: longueur d'onde de la radiation dans le vide (m)
a: largeur de la fente (m).
De même, pour un trou, on montre que: =
1,22 x
a
5