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Academic year: 2022

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La lumière, une onde

Les sources de lumière peuvent être caractérisées par le type de lumière qu’elles émettent.

I. La lumière : une onde

1. Longueurs d’ondes

Expérience : propagation d’une onde à la surface de l’eau

La longueur d’onde λ correspond à la distance qui sépare 2 vagues successives

Les vagues se propagent à la vitesse c.

La source vibre avec une fréquence f ; on peut aussi définir la période T de la source.

Donner la relation entre f et T :

Comment varie la longueur d’onde à la surface de l’eau, lorsque la source vibre avec une fréquence f plus élevée ?

De quelle distance l’onde avance-t-elle pendant la durée T ?

En déduire une relation entre λ et T puis une relation entre λ et f :

2. Analogie : Propagation d’ondes lumineuses

La lumière peut être modélisée par une onde électromagnétique qui se propage à la vitesse c ; elle ne nécessite cependant pas de support de propagation (onde immatérielle) et peut se propager dans le vide.

f est la fréquence de la source lumineuse.

Comme pour les ondes qui se propagent à la surface de l’eau, on associe à la lumière une longueur d’onde λ. La relation entre λ, f et c reste la même :

La longueur d’onde λ est traduite par le cerveau humain par une différence de couleur de la lumière. Comparer la longueur d’onde de la lumière rouge à la lumière bleue.

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Propagation de la lumière à partir d’une source ponctuelle rouge

Propagation de la lumière à partir d’une source ponctuelle bleue

3. Domaines des longueurs d’onde des ondes électromagnétiques :

Il existe une multitude d’ondes électromagnétiques qui se distinguent de la lumière visible par leur longueur d’onde. Voici le « spectre » des ondes électromagnétiques :

Longueurs d’ondes du visible :

II. Analyser la lumière

Pour analyser la lumière, on la disperse.

La dispersion correspond à la séparation des différentes lumières colorées qui la compose.

A chaque lumière colorée correspond une longueur d’onde.

Pour disperser la lumière avec un prisme on utilise la propriété dispersive du milieu constituant le prisme : les lumières colorées constituant la lumière analysée s’y propagent à des vitesses différentes ; en conséquence elles seront déviées avec un angle différent par le prisme, en vertu de la loi de la réfraction de Descartes.

Faisceau de lumière

i

r

Prisme Air

Ecran

Rappel : selon la loi de Descartes : v i

r v

a p sin

sin

Avec vp : vitesse d’une lumière colorée dans le prisme

et va : vitesse de la même lumière dans l’air

Comme vp(bleu) < vp(rouge), on peut montrer mathématiquement à partir de la loi de Descartes que

i(bleu) < i(rouge)

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