Propagation des ondes lumineuses

Généralités

Dans le vide, toutes les ondes lumineuses se propagent avec une célérité constante : $$C=3.10^{8} \mathrm{~m} \cdot \mathrm{s}^{-1}$$, C’est une constante universelle et une vitesse limite. Tableau vitesse lumière

Dans le vide (l’air)	Dans l’eau	Dans le verre
$$C=3.10^{8}\mathrm{~m} \cdot \mathrm{s}^{-1}$$	$$V=2,25.10^{8}\mathrm{~m} \cdot \mathrm{s}^{-1}$$	$$V=2.10^{8}\mathrm{~m} \cdot \mathrm{s}^{-1}$$

Le modèle ondulatoire de la lumière

Diffraction de la lumière

On réalise l'expérience suivante :

On observe sur l'écran une figure de diffraction constituée de taches claires (maximum de lumière) séparées par des taches sombres (minimum de lumière). En passant par une ouverture étroite, la lumière privilégie certaines directions.

Le phénomène de la diffraction confirme la nature ondulatoire de la lumière.

Si la largeur de la fente est circulaire, on observe la figure de diffraction suivante :

Onde lumineuse

Célérité

De façon générale, la lumière peut être considérée comme une onde électromagnétique. En particulier, la lumière émise par le laser peut être décrite comme une onde électromagnétique sinusoïdale de fréquence donnée.

La lumière se propage dans le vide, et dans les milieux transparents (air, eau, gaz, verre, etc...).

Dans le vide, la célérité de la lumière est c = 299 792 458 m.s-1 (on retiendra c 3.108m.s-1).

Fréquence

La fréquence d'une 'onde lumineuse sinusoïdale est caractéristique propre de cette onde. Elle reste constante lorsque l'onde lumineuse change de milieu de propagation.

Longueur d'onde dans le vide

Comme toutes les ondes périodiques, les ondes électromagnétiques présentent une double périodicité (temporelle et spatiale).

La longueur d'onde dans le vide d'une onde lumineuse monochromatique sera notée $\lambda_0$. La longueur d'onde $\lambda_0$ est liée à la fréquence par la relation : $\mathbf{c}=\boldsymbol{\lambda}_{\mathbf{0}} . \mathbf{f}$

Lumière visible

L'œil humain est sensible aux ondes lumineuses dont la longueur d'onde est comprise entre $400 \mathrm{~nm}$ (violet) et $800 \mathrm{~nm}$ (rouge).

Propagation d'une onde lumineuse dans un milieu transparent

Indice de réfraction

L'indice de réfraction d'un milieu transparent est le rapport entre la célérité d'une onde se propagean dans le vide et sa célérité dans le milieu considéré.

$$\boldsymbol{n}=\frac{\boldsymbol{c}}{\boldsymbol{v}} \mid \begin{array}{r}\text { Avec } c: \text { célérité de la lumière dans le vide } \\\mathrm{V}=\text { célérité de la lumière dans un milieu homogène transparent }\end{array}$$

Longueur d'onde

La longueur d'onde d'une onde lumineuse dépend du milieu de propagation : $\lambda_{\text {milieu }}=\frac{\lambda_0}{n}$

Diffraction de la lumière