Modèle ondulatoire de la lumière
Modèles de la lumière
Modèle ondulatoire de la lumière
La lumière est une onde électromagnétique
Contrairement aux ondes mécaniques, la lumière se propage dans le vide et dans les milieux transparents. C'est une onde électromagnétique : oscillation couplée d'un champ électrique et d'un champ magnétique.
Vitesse de la lumière
Dans le vide :
$$
c = 3{,}00 \times 10^8 \text{ m·s}^{-1}
$$
Dans un milieu transparent d'indice de réfraction $n$ :
$$
v = \frac{c}{n}
$$
| Milieu | Indice $n$ |
|---|---|
| Vide | $1{,}000$ |
| Air | $\approx 1{,}000$ |
| Eau | $1{,}33$ |
| Verre | $$ v = \frac{c}{n} $$0 à $$ v = \frac{c}{n} $$1 |
Spectre électromagnétique
La lumière visible n'est qu'une petite partie du spectre électromagnétique :
| Domaine | Longueur d'onde |
|---|---|
| Rayons gamma | $$ v = \frac{c}{n} $$2 m |
| Rayons X | $$ v = \frac{c}{n} $$3 à $$ v = \frac{c}{n} $$4 m |
| Ultraviolets | $$ v = \frac{c}{n} $$5 à $$ v = \frac{c}{n} $$6 m |
| Visible | $$ v = \frac{c}{n} $$7 nm (violet) à $$ v = \frac{c}{n} $$8 nm (rouge) |
| Infrarouge | $$ v = \frac{c}{n} $$9 à $$ \lambda = \frac{c}{f} $$0 m |
| Micro-ondes | $$ \lambda = \frac{c}{f} $$1 à $$ \lambda = \frac{c}{f} $$2 m |
| Ondes radio | $$ \lambda = \frac{c}{f} $$3 m |
Relation fondamentale
Pour toute onde électromagnétique :
$$ \lambda = \frac{c}{f} $$
ou dans un milieu d'indice $$ \lambda = \frac{c}{f} $$4 :
$$ \lambda_{milieu} = \frac{\lambda_0}{n} $$
Diffraction de la lumière
La lumière peut être diffractée par une fente ou un obstacle de dimensions comparables à sa longueur d'onde. Ce phénomène prouve sa nature ondulatoire.
L'angle de diffraction pour une fente de largeur $$
\lambda = \frac{c}{f}
$$5 :
$$
\theta \approx \frac{\lambda}{a}
$$