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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
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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 :
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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)
