Propagation des ondes lumineuses – Cours

Résumé et Points Clés

Résumé : Propagation des ondes lumineuses

Ce cours traite de la nature ondulatoire de la lumière et de ses propriétés de propagation.

I. Le modèle ondulatoire de la lumière

• Diffraction : Phénomène où une onde change de direction après avoir traversé une petite ouverture ou rencontré un petit obstacle, sans changer de fréquence ou de longueur d’onde. Ce phénomène, comparable à celui des ondes mécaniques, confirme l’aspect ondulatoire de la lumière.
• La lumière est une onde électromagnétique progressive, capable de se propager dans le vide et les milieux transparents.

II. Propriétés des ondes lumineuses

• Une onde monochromatique est une onde sinusoïdale caractérisée par sa fréquence ν (imposée par la source) et sa vitesse V (dépendante du milieu).
• Célérité et indice de réfraction : La vitesse de la lumière dans le vide est une constante fondamentale (c ≈ 3×10⁸ m/s). Dans un milieu matériel, sa vitesse V est inférieure à c. L’indice de réfraction du milieu est défini par n = c / V (n > 1, sans unité).
• Fréquence et longueur d’onde : La couleur dépend de la fréquence ν, qui est indépendante du milieu. La longueur d’onde λ dépend du milieu : λ₀ = c/ν dans le vide, et λ = V/ν dans un milieu.
• Le domaine visible correspond aux longueurs d’onde dans le vide comprises entre 400 nm (violet) et 800 nm (rouge).

III. Diffraction d’une onde lumineuse monochromatique

• La diffraction par une fente est observable si la largeur a de la fente est du même ordre de grandeur que la longueur d’onde λ.
• La tache centrale de diffraction s’élargit si la fente est plus petite ou si la longueur d’onde est plus grande.
• L’écart angulaire θ (angle de diffraction) est donné par la relation : θ = λ / a.
• La largeur L de la tache centrale sur un écran à la distance D est : L = (2λD) / a.

IV. Dispersion de la lumière par un prisme

• Un prisme dévie un faisceau lumineux par deux réfractions successives.
• Les relations principales sont : A = r + r’ (angle du prisme) et D = i + i’ – A (angle de déviation).
• La dispersion de la lumière blanche (polychromatique) par un prisme produit un spectre de couleurs. Cela montre que l’indice de réfraction n du verre (milieu dispersif) dépend de la longueur d’onde λ₀ (ou de la fréquence).

Conseils pour l’examen : Maîtrisez les définitions clés (diffraction, onde monochromatique, indice de réfraction). Sachez utiliser les formules n=c/V, θ=λ/a, et L=(2λD)/a. Comprenez la différence entre fréquence (invariante) et longueur d’onde (dépendante du milieu). Expliquez clairement pourquoi un prisme disperse la lumière blanche.