Cours physique TS 2 La lumière est-elle une onde ? I – Le phénomène de diffraction est-il observable avec la lumière ? Une diffraction est une modification de la direction de propagation de l’onde. L’objet diffractant se comporte comme une source d’ondes progressives. 1) Observation du phénomène de diffraction On peut proposer deux hypothèses de propagation de la lumière : un modèle corpusculaire et un modèle ondulatoire. Lorsque l’on fait passer un faisceau laser à travers une fente, on observe un phénomène de diffraction. La lumière se propage donc selon un modèle ondulatoire, elle se comporte comme une onde. En effet si le modèle corpusculaire était vrai, on n’observerait pas de déviation du faisceau laser. 2) Importance du phénomène de diffraction La largeur a de la fente a une importance : plus elle est réduite, plus la largeur de la tache centrale de diffraction est grande. La largeur L de la tache centrale est une grandeur que l’on peut mesurer : ce n’est pas une grandeur que l’on peut faire varier. La distance x de la source à l’écran ne fait pas varier le phénomène de diffraction. Si on modifie la distance d de la fente à l’écran, on modifie L. Mais L et d ne sont pas reliés par le phénomène de diffraction mais par des arguments de géométrie. Il n’y a donc plus que deux variables : tan petit, alors tan donc L . Si 2d L : l’écart angulaire. 2d est très en radians uniquement. 3) Vérification expérimentale de la relation a On fixe d, on fait varier a, on mesure L pour chaque valeur de a, on calcule L . 2d 1 . On obtient une droite passant par l’origine. est une a 1 1 fonction linéaire de : k . ; k est le coefficient directeur de la droite. a a k . a m On trace la courbe f k 6,2.10 7 m Donc . a II – Le phénomène de dispersion est-il observable avec la lumière ? 1 Cours physique TS 2 Un milieu dispersif est un milieu dans lequel la célérité de l’onde dépend de sa fréquence. 1) Expérience On observe une décomposition de la lumière blanche par le prisme. 2) Interprétation D’après la loi de Descartes : n air sin i1 nverre sin i 2 . Expérimentalement, on constate que les angles de réfraction sont différents, celui de la radiation lumineuse rouge est plus important que celui de la radiation lumineuse bleue. L’angle d’incidence i1 est le même pour les deux radiations. n sin i1 nverre air sin i 2 i2 R i2 B sin i 2 R sin i 2 B nverre dépend de la radiation lumineuse. n verre R n verre B L’indice du verre dépend de la fréquence de l’onde. n célérité de l ' onde dans le vide vitesse de l ' onde dans le milieu v dépend de n donc de la fréquence donc le verre est un milieu dispersif. III – Généralités La lumière blanche peut être assimilée à une multitude d’ondes lumineuses de différentes couleurs, à une multitude de radiations lumineuses. Comme toutes les ondes périodiques, la lumière est caractérisée par une double périodicité : Période temporelle : T 1 est la fréquence en Hz . Période spatiale : la longueur d’onde en m. La fréquence de l’onde est la seule grandeur qui caractérise l’onde, la longueur d’onde dépend du milieu de propagation et par définition, la célérité de l’onde est égale à c . . T Dans le vide, c 3,00.10 8 m.s 1 . La célérité de la lumière dans un milieu transparent est : 2 Cours physique v TS 2 c . n est l’indice de réfraction du milieu et c la célérité de la lumière dans le vide. n n 1 n 1 pour le vide n 1,0004 pour l ' air 3