TP O3: Modèle ondulatoire de la lumière

Lors de ce TP nous étudions les différents phénomènes subis pas la lumière qui permettent d'affirmer que la lumière est une onde

I- ETUDE QUALITATIVE DES DIFFERENTS PHENOMENES OBSERVES

1) Réfraction de la lumière

La réfraction est un phénomène physique par lequel une onde change de direction en passant d'un milieu dans un autre.

 

On constate une "cassure" dans la propagation de la lumière quand le rayon lumineux traverse le prisme. La propagation n'est plus rectiligne.
Il y a une double réfraction:
- Lors du passage de la lumière de l'air au verre (prisme)
- Lors du passage de la lumière du verre à l'air.









2) Dispersion de la lumière blanche.

Un milieu est dit dispersif si la célérité d'une onde en propagation dans ce milieu dépend de sa fréquence.







On observe ici une décomposition de la lumière blanche en son spectre. Elle subit une dispersion en traversant le prisme de verre.
La lumière blanche est composée de plusieurs radiations de longueurs d'onde différentes. Le spectre visible de la lumière s'étend de 400 nm (violet) à 800 nm (rouge). On remarque que le spectre est composé de bandes de couleurs d'épaisseur croissante du violet au rouge






3) Diffraction de la lumière.

La diffraction est une déviation que subit la direction de propagation de l'onde lorsque celles-ci rencontrent un obstacle ou une ouverture de dimension du même ordre de grandeur que leur longueur d'onde.





On a placé un réseaux (520 traits/mm) verticalement devant la source lumineus et on remarque la déviation dans la propagation de la lumière: une tâche centrale puis deux tâches de part et d'autre de celle- ci. Ceci n'est pas visible sur la photo, mais d'autre tâches se succédaient.









Ainsi, l'ensemble des phénomènes observés subis par la lumière (réfraction, dispersion, diffraction) qui sont propres  aux ondes permettent d'affirmer que la lumière est une onde.


II- ETUDE QUANTITATIVE DES PHENOMENES.

1) Dispersion de la lumière

On a vu que dans un milieu dispersif, la célérité de l'onde en propagation dans ce milieu dépend de sa fréquence (temporelle) c'est à dire:

 v = f(f)

L'indice de réfraction d'un milieu n a jusqu'à présent été considéré comme une constante. Cependant, on sait que

n= c/v (avec c= célérité de la lumière dans le vide, v célérité de l'onde dans le milieu), or v= l*T (l= longueur d'onde, T= période temporelle de l'onde) donc

n= c/l*T, sachant que c et T sont des constantes qui ne dépendent pas du milieu on remarque que n est fonction de l, la longueur d'onde. On a donc

n= f(l). Cette fonction est la loi de Cauchy .

La lumière blanche étant composée de plusieurs radiations de longueur d'onde différentes, l'indice n sera différent pour chacune de ces radiations.
D'après la première loi de Descartes, n₁sin (i₁) = n₂ sin(i₂):




C'est à dire; sin (i₂) = n₁sin(i₁)/n₂, donc i₂ (angle de déviation) dépend à la fois de n₁ et de n₂ qui dépendent eux même de la longueur d'onde de la radiation. En résumé : i₂ = f(l). La déviation de la radiation variera donc en fonction de sa longueur d'onde. Ce qui explique l'apparition du spectre continu de la lumière et donc le phénomène de dispersion.
C'est pour cela qu'il est préférable d'utiliser une source monochramatique.

2) Phénomène de diffraction.

Ce phénomène sera étudié dans le TP suivant.