Chap 3 Modèle De L’onde Lumineuse Ampère 2009
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- Words: 892
- Pages: 32
Physique Chapitre 3.
Modèle Ondulatoire de la Lumière
P.B.P Ampère
S’il te plait, dessine moi une étoile.
Une étoile, ça a une forme…d’étoile pardi !!!
Le petit Prince aurait-il
Raison ?
I. La Lumière est-elle une onde ?
Posons–nous une question :
Que se passe-t-il lorsque la lumière rencontre un obstacle ou une ouverture ? Tout dépend …
I.1.Expérience : envoyons de la lumière sur un « petit » obstacle vertical.
En 1803, l’anglais Thomas Young fait tomber un rayon de lumière solaire sur la tranche d’une carte à jouer :
« ces franges sont dues aux effets de la lumière qui est diffractée » T.Young
La lumière se diffracte lorsqu’elle rencontre une ouverture ou un obstacle de « très petite » dimension. Conclusion :
La lumière est une onde !
Cette expérience met fin à
la grande « dispute »
entre deux géants du XVIIe siècle :
I. Newton
C. Huyghens
I.2.Caractéristiques de l’onde lumineuse : Les ondes lumineuses sont des ondes électromagnétiques. propagation d’une double perturbation :
Une onde lumineuse est la
•Perturbation du champ électrique •Perturbation du champ magnétique
E B
C’est Augustin Fresnel (1788-1827) qui en 1821 émit l’hypothèse que les ondes électromagnétiques sont des ondes transversales :
L’onde lumineuse est une onde transversale
Mais quel milieu supporte la propagation de la lumière ?
L’ETHER ?
Si oui, il faudrait qu’il soit :
Ultra rigide ! La lumière s’y propage très très vite.
Invisible !! Impondérable !!!
Si l’Éther existe matière…
La vitesse de la lumière devrait varier selon la direction !!
Expérience de Michelson et Morley 1887
AUCUNE VARIATION MESUREE !!!!
sans être entraîné par la
La lumière se propage (dans le vide) à la vitesse c=3,0.108 m/s et ce, quelque soit le mouvement de la source !!!
Bizarre, bizarre…vous avez dit
EINSTEIN ? Ce conflit fut l’un des motifs qui mena Einstein à élaborer sa
THEO RI E DE LA RELATIVIT E RE STREINTE.
Au final, dans quel milieu se propagent les ondes électromagnétiques ?
AUCUN !! La lumière se propage dans le vide à la vitesse C= 300 000 km/s soit C=3.108m/s
La lumière n’est pas une onde mécanique ! Mais alors comment fait-elle pour se propager sans support matériel ?
Le secret, c’est de se propager à deux :
La vibration du champ électrique entraîne celle du champ magnétique et…inversement !!
I.2 Composition et décomposition de la lumière. Newton montre en 1672 que la lumière « blanche » peut être décomposée en un certain nombre de « radiations lumineuses monochromatiques » caractérisées chacune par sa longueur d’onde. L’expérience cruciale de Newton (1672)
Partie visible du spectre
de la
lumière « blanche » :
Lorsque λ < 400 nm la radiation est qualifiée d’ultraviolette Lorsque λ > 800 nm la radiation est qualifiée d’infrarouge
partie « visible »pour l’être humain n’est qu’une partie du spectre de la lumière. La
Spectre
des ondes électromagnétiques :
Dan s le vi de nous avons toujours :
λ = c T = c /f
C’es t- à-di re une re la tion dir ect e entre fré qu ence et lon gu eu r
Les trois visages d’Andromède :
Les trois visages d’Andromède :
Les trois visages d’Andromède :
Savez-vous à quoi ressemble…
Un playmobil ??
En lumière « x » :
En lumière visible
Attention : les rayons X révèlent parfois des surprises :
II. Étude de la diffraction de la Lumière. L’expérience montre que lorsqu’un faisceau parallèle de lumière monochromatique (λ) traverse une fente de largeur « a », L
l’extension angulaire de la tâche centrale est donnée par :
θC=λ/a rd
m
m
Application …
vue de dessus : fente de largeur a
θc
a D
θc
tâche centrale de diffraction
On peut lier géométriquement θc, L et D : tg θc ≈ θc = (L/2)/D soit Ainsi, en liant les deux relations :
θc = L/2D λ/a=L/2D
L
écran
III. Vitesse de la Lumière dans les milieux et indice de réfraction La lumière se propage dans le vide à la vitesse C= 300 000 km/s soit C=3.108m/s Dans un milieu transparent, la lumière va moins vite que dans le vide : sa vitesse v est donnée par :
V=c/n Le facteur sans dimension « n » est appelé INDICE de REFRACTION du milieu transparent
Application-remarque: Le laser He-Ne émet une onde monochromatique de fréquence fo=4,74.10-14Hz dans le vide. •Calculer la longueur d’onde λo associée à cette radiation dans le vide.
λo =632,8 nm
La fréquence d’une radiation monochromatique ne change pas lorsque la lumière change de milieu. •Calculer alors la longueur d’onde λ associée à cette radiation un verre d’indice 1,612. λ =392,6 nm La longueur d’onde d’une radiation monochromatique change lorsque la lumière change de milieu, mais pas sa couleur !
IV. Dispersion de la Lumière Lorsque dans un milieu, la vitesse d’une onde lumineuse monochromatique dépend de sa fréquence, on dit que le milieu est dispersif Tous les milieux transparents autres que le vide et l’air sont dispersifs ! λ o (vide )
656 nm
589 nm
486 nm
Indice du verre flint
1,612
1,621
1,671
Indice de l’eau
1,323
1,330
1,335
C’est le
caractère dispersif du verre ou de l’eau qui
décomposition de la lumière blanche :
est responsable de la
Cette dispersion de la lumière blanche dans les gouttes d’eau donne lieu parfois à de jolis…
Arc en ciel !
Modèle Ondulatoire de la Lumière
P.B.P Ampère
S’il te plait, dessine moi une étoile.
Une étoile, ça a une forme…d’étoile pardi !!!
Le petit Prince aurait-il
Raison ?
I. La Lumière est-elle une onde ?
Posons–nous une question :
Que se passe-t-il lorsque la lumière rencontre un obstacle ou une ouverture ? Tout dépend …
I.1.Expérience : envoyons de la lumière sur un « petit » obstacle vertical.
En 1803, l’anglais Thomas Young fait tomber un rayon de lumière solaire sur la tranche d’une carte à jouer :
« ces franges sont dues aux effets de la lumière qui est diffractée » T.Young
La lumière se diffracte lorsqu’elle rencontre une ouverture ou un obstacle de « très petite » dimension. Conclusion :
La lumière est une onde !
Cette expérience met fin à
la grande « dispute »
entre deux géants du XVIIe siècle :
I. Newton
C. Huyghens
I.2.Caractéristiques de l’onde lumineuse : Les ondes lumineuses sont des ondes électromagnétiques. propagation d’une double perturbation :
Une onde lumineuse est la
•Perturbation du champ électrique •Perturbation du champ magnétique
E B
C’est Augustin Fresnel (1788-1827) qui en 1821 émit l’hypothèse que les ondes électromagnétiques sont des ondes transversales :
L’onde lumineuse est une onde transversale
Mais quel milieu supporte la propagation de la lumière ?
L’ETHER ?
Si oui, il faudrait qu’il soit :
Ultra rigide ! La lumière s’y propage très très vite.
Invisible !! Impondérable !!!
Si l’Éther existe matière…
La vitesse de la lumière devrait varier selon la direction !!
Expérience de Michelson et Morley 1887
AUCUNE VARIATION MESUREE !!!!
sans être entraîné par la
La lumière se propage (dans le vide) à la vitesse c=3,0.108 m/s et ce, quelque soit le mouvement de la source !!!
Bizarre, bizarre…vous avez dit
EINSTEIN ? Ce conflit fut l’un des motifs qui mena Einstein à élaborer sa
THEO RI E DE LA RELATIVIT E RE STREINTE.
Au final, dans quel milieu se propagent les ondes électromagnétiques ?
AUCUN !! La lumière se propage dans le vide à la vitesse C= 300 000 km/s soit C=3.108m/s
La lumière n’est pas une onde mécanique ! Mais alors comment fait-elle pour se propager sans support matériel ?
Le secret, c’est de se propager à deux :
La vibration du champ électrique entraîne celle du champ magnétique et…inversement !!
I.2 Composition et décomposition de la lumière. Newton montre en 1672 que la lumière « blanche » peut être décomposée en un certain nombre de « radiations lumineuses monochromatiques » caractérisées chacune par sa longueur d’onde. L’expérience cruciale de Newton (1672)
Partie visible du spectre
de la
lumière « blanche » :
Lorsque λ < 400 nm la radiation est qualifiée d’ultraviolette Lorsque λ > 800 nm la radiation est qualifiée d’infrarouge
partie « visible »pour l’être humain n’est qu’une partie du spectre de la lumière. La
Spectre
des ondes électromagnétiques :
Dan s le vi de nous avons toujours :
λ = c T = c /f
C’es t- à-di re une re la tion dir ect e entre fré qu ence et lon gu eu r
Les trois visages d’Andromède :
Les trois visages d’Andromède :
Les trois visages d’Andromède :
Savez-vous à quoi ressemble…
Un playmobil ??
En lumière « x » :
En lumière visible
Attention : les rayons X révèlent parfois des surprises :
II. Étude de la diffraction de la Lumière. L’expérience montre que lorsqu’un faisceau parallèle de lumière monochromatique (λ) traverse une fente de largeur « a », L
l’extension angulaire de la tâche centrale est donnée par :
θC=λ/a rd
m
m
Application …
vue de dessus : fente de largeur a
θc
a D
θc
tâche centrale de diffraction
On peut lier géométriquement θc, L et D : tg θc ≈ θc = (L/2)/D soit Ainsi, en liant les deux relations :
θc = L/2D λ/a=L/2D
L
écran
III. Vitesse de la Lumière dans les milieux et indice de réfraction La lumière se propage dans le vide à la vitesse C= 300 000 km/s soit C=3.108m/s Dans un milieu transparent, la lumière va moins vite que dans le vide : sa vitesse v est donnée par :
V=c/n Le facteur sans dimension « n » est appelé INDICE de REFRACTION du milieu transparent
Application-remarque: Le laser He-Ne émet une onde monochromatique de fréquence fo=4,74.10-14Hz dans le vide. •Calculer la longueur d’onde λo associée à cette radiation dans le vide.
λo =632,8 nm
La fréquence d’une radiation monochromatique ne change pas lorsque la lumière change de milieu. •Calculer alors la longueur d’onde λ associée à cette radiation un verre d’indice 1,612. λ =392,6 nm La longueur d’onde d’une radiation monochromatique change lorsque la lumière change de milieu, mais pas sa couleur !
IV. Dispersion de la Lumière Lorsque dans un milieu, la vitesse d’une onde lumineuse monochromatique dépend de sa fréquence, on dit que le milieu est dispersif Tous les milieux transparents autres que le vide et l’air sont dispersifs ! λ o (vide )
656 nm
589 nm
486 nm
Indice du verre flint
1,612
1,621
1,671
Indice de l’eau
1,323
1,330
1,335
C’est le
caractère dispersif du verre ou de l’eau qui
décomposition de la lumière blanche :
est responsable de la
Cette dispersion de la lumière blanche dans les gouttes d’eau donne lieu parfois à de jolis…
Arc en ciel !
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