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. PROF: Mr BECHA Adel ( prof principal)

4 eme Sciences exp , maths et technique Matire : Sciences physiques www.physique.ht.cx

Le modle ondulatoire de la lumire

1. Diffraction de la lumire

Ralisons l'exprience suivante:

On observe sur l'cran une figure de diffraction. Ce phnomne se produit lorsque l'ouverture

par laquelle passe la lumire est de petite taille. On dit que l'ouverture a diffract la lumire du

laser.

Remarques:

Plus l'ouverture est petite, plus le phnomne de diffraction est marqu.

Le phnomne de diffraction met en dfaut le principe de propagation rectiligne de la

lumire dans un milieu homogne.

Si l'ouverture est une fente, on observe la figure ci-contre.

2. Interprtation ondulatoire

De faon gnrale, la lumire peut-tre considre comme une onde lectromagntique. En

particulier, la lumire mise par le laser peut-tre dcrite comme une onde lectromagntique

sinusodale de frquence donne.

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La lumire se propage dans le vide, et dans les milieux transparents (air, eau, gaz, verre,

etc...).

Dans le vide, la clrit de la lumire est c = 299 792 458 m.s-1

(on retiendra c 3.108m.s

-1).

Remarques:

La clrit de la lumire dans le vide ne dpend pas de la frquence de l'onde.

La clrit de la lumire dans l'air est pratiquement gale sa clrit dans le vide (cair

cvide).

II. Couleur et longueur d'onde

1. Lumire monochromatique

Dfinition On appelle lumire monochromatique une onde lectromagntique progressive

sinusodale de frquence donne. La couleur de cette lumire est lie la valeur de sa

frquence.

2. Longueur d'onde

Comme toutes les ondes priodiques, les ondes lectromagntiques prsentent une double

priodicit (temporelle et spatiale).

La longueur d'onde dans le vide d'une onde lumineuse monochromatique sera note o

(o=c/f).

3. Lumire visible

Dfinition On appelle lumire une onde lectromagntique visible par l'oeil humain.

Longueurs d'ondes des radiations visibles

III. Propagation d'une onde lumineuse dans un milieu transparent

1. Indice de rfraction

Remarques prliminaires

La frquence d'une onde lectromagntique ne dpend que de la frquence de la

source. Elle ne dpend pas du milieu de propagation de l'onde.

La clrit d'une onde lectromagntique dpend du milieu de propagation.

La clrit d'une onde lectromagntique dans une milieu transparent est toujours

infrieure la clrit cette onde dans le vide (c).

Dfinition: L'indice de rfraction d'un milieu transparent est le rapport entre la clrit d'une

onde se propageant dans le vide et sa clrit dans le milieu considr.

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n = c

v

avec

n: indice de rfraction du milieu transparent

c: clrit de l'onde dans le vide (3.108m.s

-1)

v: clrit de l'onde dans le milieu transparent (m.s-1

)

2. Milieu dispersif - milieu non dispersif

Dfinition: Un milieu transparent est dit dispersif si la clrit d'une onde lumineuse

monochromatique qui se propage dans ce milieu dpend de sa frquence (donc de sa longueur

d'onde dans le vide).

Dfinition: Un milieu transparent est dit non dispersif si la clrit d'une onde lumineuse

monochromatique qui s'y propage dans ne dpend pas de sa frquence.

Consquence: L'indice de rfraction d'un milieu dispersif dpend donc de la frquence de

l'onde qui s'y propage.

IV. Spectres de la lumire

1. Radiation monochromatique

Exprience:

On claire un prisme l'aide d'un faisceau laser On observe sur l'cran un spectre compos d'une seule raie

2. Lumire polychromatique

Dfinition: On appelle lumire polychromatique une lumire compose de plusieurs ondes

monochromatiques de frquences diffrentes (la lumire blanche, par exemple, est une

lumire polychromatique).

Lorsqu'une lumire polychromatique traverse une prisme (milieu dispersif), on observe un

spectre sur un cran plac proximit.

Sur l'cran, on observe un spectre Le spectre de la lumire blanche (spectre continu)

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rrouge rbleu car l'indice de rfraction du milieu dpend de la

frquence de l'onde.

Le spectre d'une lampe vapeur de mercure (spectre

discontinu)

L'arc en ciel est du la dcomposition de la lumire solaire (lumire blanche) par les gouttelettes d'eau en

suspension dans l'atmosphre.

Remarques

Le spectre de la lumire blanche s'tend de =400nm (bleu) =800nm (rouge).

Spectre de la lumire blanche

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Lors de la rfraction d'une lumire polychromatique par un prisme, les radiations de

petites longueurs d'onde ( donc de frquence plus leve) comme le bleu sont les plus

dvies.

V. Retour sur le phnomne de diffraction

Ralisons la diffraction d'un faisceau laser par une fente

Voici un schma dtaill du dispositif et de la figure de diffraction (vu du dessus).

On montre que lorsque l'ouverture est une fente:

=

a

avec

: cart angulaire entre le milieu de la tache centrale et la premire extinction (rad)

o: longueur d'onde de la radiation dans le vide (m)

a: largeur de la fente (m).

De mme, pour un trou, on montre que: = 1,22 x

a