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Deux conceptions : Newton et Huygens
Huygens (1629 – 1695) propose en 1690 une conception ondulatoire de la lumière. Depuis l’antiquité, un corps lumineux est caractérisé par un jeu de particules appelées photons. Depuis 1663, la diffraction reste sans interprétation. Le modèle ondulatoire repris par Fresnel (1788 – 1827) est expliqué puis achevé par Maxwell en 1876. La lumière est en fait une onde électromagnétique.
Modèle ondulatoire de la lumière
Expérience
Pour des petits angles (inférieur à 15°), sin(θ) = tan(θ) = θ rad = d/D = λ/a
En lumière blanche, le phénomène présente des irisations. La diffraction de la lumière est une modification du trajet d’une onde lumineuse lorsqu’elle passe par une petite ouverture ou autour d’un obstacle de petite dimension.
Dans un milieu transparent, homogène et isotrope, la lumière se propage en ligne droite.
Les irisations semblent indiquer que la lumière blanche est formée de plusieurs couleurs.
Onde lumineuse et onde mécanique progressive
On peut attribuer à une couleur une certaine fréquence.
Remarque :
νLaser = 5*1014 Hz
La célérité de la lumière dans le vide est une constante universelle qui ne dépend pas du référentiel :
Les ondes lumineuses ne sont pas des ondes mécaniques. Ce sont des ondes électromagnétiques du même type que les ondes radios, gamma et X.
Couleur et λ dans le vide
A chaque valeur de fréquence ν (nu), l’œil associe la notion de couleur. La lumière émise par une source quelconque est polychromatique, en particulier la lumière blanche qui est une superposition de couleurs en continu. On peut la décomposer avec un prisme ou avec la « roue de Newton ».
A chaque couleur de la lumière est associée une fréquence :
Propagation dans les milieux transparents
La source impose la fréquence et la couleur. Dans un milieu transparent, la lumière est inférieure à la célérité de la lumière dans le vide. Elle est donc ralentie. La lumière dépend donc du milieu mais aussi de la fréquence.
On caractérise un milieu par son indice de réfraction :
n, indice de réfraction, C célérité dans la lumière, CS célérité dans la substance.
Remarque :
n = Nindice absolu si le numérateur est le vide : Cvide
Dispersion de la lumière blanche
La célérité de la lumière dépend non seulement du milieu mais aussi de la fréquence. Un milieu transparent dans lequel la célérité dépend de la fréquence est un milieu dispersif.
Ex : l’eau est un milieu dispersif
Quelques indices de milieu :
Conséquence : dispersion de la lumière blanche
C’est un phénomène physique qui consiste à décomposer une lumière polychromatique en ses différents composants monochromatiques.
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