La lumière

La lumière
Optique géométrique et ondulatoire
Réflexion
Réfraction
Principe d’Huygens
Interférences - 1
Interférences - 2
Interférences - Expérience de Young
Lumière + lumière = obscurité !!!
Interférences – Franges de Young
Thomas Young




Thomas Young (13 juin 177310 mai 1829), est un physicien, médecin et
égyptologue britannique.
Son excellence dans de nombreux
domaines non reliés fait qu'il est considéré
comme un polymathe, au même titre par
exemple que Léonard de Vinci, Gottfried
Leibniz ou Francis Bacon. Son savoir était
si vaste qu'il fut connu sous le nom de
phénomène Young.
Il exerça la médecine toute sa vie, mais il
est surtout connu pour sa définition du
module de Young en science des
matériaux et pour son expérience des
fentes de Young en optique, dans laquelle
il mit en évidence et interpréta le
phénomène d’interférences lumineuses.
Il s’intéressa également à l’égyptologie en
participant à l’étude de la pierre de
Rosette.
Inter – 3 : Expérience de Young
Plusieurs fentes
Etude analytique
Dans le triangle S2PA, par Pythagore,
a

d  D x 
2

2
2
2
2
1
Dans le triangle S1PA, par Pythagore,
2
a

d 12  D 2   x  
 2
2

a
a
 d 22  d 12  2   d 2  d1  d 2  d1   2
x
x
ax
Or d 2  d1  2 D  d 2  d1 
D

ax 2k 
D
xk
k    
Eclairement maximum en P de l’écran, sid 2  d1  2k
2
D
2
a
D
D
D
D
xk  k
x0  0 
; x1  1
; x2  2 
;......
A un k donné correspond un x que nous appellerons xk :
a
a
a
a
Si nous appelons interfrange la distance i telle que :
Conclusion
i
D

a
 ia
D
i  x1  x0  x2  x1  x3  x2  .........  xk  xk 1
Expérience de Young - Simulation
Expérience de Young - Simulation
Interférences - Exemple
Calcul de 
Une expérience réalisée en lumière jaune avec les données suivantes : a = 1 mm et
D = 1.75 m, donne pour résultat i = 1 mm . Donc :
3 103
10

 0.57106 m
1.75
La valeur de la longueur d’onde de la lumière jaune est donc extrêmement petite : de
l’ordre du micromètre. C’est raison pour laquelle on exprime la longueur d’onde en
nanomètre (nm) : 1 nm = 109 m. Donc inversement : 1nm = 10 - 9 m.
Ainsi,  = 0.57 106 m = 0.57 106 109 = 570 nm.
Nous pouvons aussi calculer la fréquence :
8
f  v  3.10 6  5.26 1014 Hz
 0.5710
Interférences - Exemple
Interférences - Exemple
Applications
Le speckle (ou encore tavelures en français) est l'aspect granuleux que
prend un écran réfléchissant qui diffuse la lumière lorsqu'il est éclairé par
un faisceau de lumière cohérente spatialement (un laser par exemple).
Ce phénomène est dû au fait qu'il y a interférence entre les rayons
diffusés par chaque point de l'écran. Ces interférences donnant de
manière aléatoire des points lumineux ou sombres l'écran prend un
aspect granuleux avec une image qui « fourmille ».
Bulle de savons
Bulle de savon
Tache d’essence
Taches d’essence
Plumes de paon
Le papillon (morpho aega du Brésil.)
Ces couleurs sont engendrées par des phénomènes d'interférence et de diffraction, ce qu'on
appelle l'iridescence. Il ne s'agit pas de couleurs pigmentaires créées par une
absorption/réflexion d'une partie du spectre lumineux. L'iridescence est répandue dans le règne
animal, en particulier chez les insectes.
Les radios FM
Pour une radio émettant en FM, les ondes émises se propagent en ligne droite.
La portée des émetteurs est donc faible et
pour couvrir tout un pays, il faut un
ensemble d’antennes qui amplifient et
réémettent le signal de départ.
Afin d’éviter les perturbations dues aux
phénomènes d’interférences entre deux
ondes de même fréquence, les émetteurs
« locaux » doivent émettre avec une
fréquence différente.
C’est ainsi que lors de la traversée de la
Wallonie, si vous écouter « Class 21 »,
vous devrez changer de fréquence 4 ou 5
fois suivant la zone traversée.
Holographie
L’hologramme est une image obtenue par la méthode de photographie en relief utilisant
les interférences produites par la superposition de deux faisceaux laser.
Les interférences lumineuses ont un rôle primordial dans la réalisation d’un hologramme :
celles-ci sont en effet le résultat de la superposition d’oscillations ou d’ondes de même
nature et de fréquences égales. C’est ces interférences qui permettent d’enregistrer un
objet en relief sur une plaque holographique en créant des zones sombres et
lumineuses.