Tpe Lumiere

ète très bien l'idée du le systhème optique de l'époque. Effectivement, autrefois,l'homme pensait que sa capicité de voir ce qui nous entoure dépendait de la nature "éclairante" de l'oeil considéré comme source de lumière.

Mais alors quand est elle la nuit ?

Cette théorie ne pouvais qu'être éroné. Au fur et à mesure des hypothèses acceptées ou réfutés, la notion de lumière pue être appréhendé de plus en plus distinctement.

La Lumière est tout ce qu'elle engendre est donc un sujet primordial dans les ébats scientifiques où diverses conceptions (modélisation) de la lumière s'affrontent pour percevoir au mieux ce phénomène et toute les réponses qu'il en ressort.

I/ Ondulatoire OU Corpusculaire : Deux Modeles autonomes qui évolue

Pendant plus de deux siècles, deux conceptions sur la nature de

la lumière allaient se développer et s’affronter :

A) Historique des théories ondulatoire et corpusculaire de la lumière

La théorie Corpusculaire:

Défendue par Isaac Newton pour qui la lumière est composée de particules dont les masses différentes provoquent sur notre rétine des sensations distinctes: les couleurs.La propagation rectiligne de la lumière et la réflexion

découlent tout logiquement de ce concept.

Quant à la réfraction,son explication est plus délicate : elle fait appel à la masse des particules et à une action attractive qu’exerce un corps transparent sur les corpuscules de lumière qui le traverse.

L’autorité de Newton imposera cette conception bien longtemps encore après sa mort survenue en 1727.

La théorie Ondulatoire:

Un groupe d'hommes, au cours de ces deux siècles, prendront le parti de la théorie ondulatoire.

Ils ont un point commun: une liberté d'esprit indispensable pour affronter le

prestige du grand Newton.

Le premier, Christian Huygens, imagine la lumière comme une vibration se transmettant de proche en proche dans milieu: l’éther.

Cette approche lui permet notamment de rendre compte de la diffraction. Plus tard, Thomas Young et Augustin Fresnel apportèrent leurs contributions.

Le premier en découvrant, en 1801, un phénomène interférentiel inédit et en mesurant les longueurs d’ondes de la lumière.

Le second en découvrant, en 1819, la nature transversale des ondes lumineuses et, grâce à celle-ci, en expliquant de façon convaincante tous les phénomènes de polarisation.

Un pas décisif est accompli en 1849, lorsqu'Hippolyte Fizeau, puis quelque temps plus tard Léon Foucault mesurent la vitesse de la lumière dans l’eau et montrent qu’elle est plus faible que dans l’air.

C’était la vérification d’une prédiction de la théorie ondulatoire (elle s’opposait à la théorie corpusculaire qui affirmait exactement le contraire).

La cause était entendue, la théorie ondulatoire triomphait.

James Clark Maxwell, en 1865 puis en 1873, précisera la nature électromagnétique de cette onde.

Cela faisait de la lumière un membre parmi d'autres de la grande famille des ondes électromagnétiques.

B/Le Modèle Ondulatoire de la lumière

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.

Propagation de la Lumières:

Dans le vide ou dans l’air, la lumière se propage en ligne droite avec une vitesse appelée Célérité c = 3 ´ 10 8 m/s quelle que soit la couleur.

La célérité d'une onde électromagnétique dépend du milieu de propagation et de la couleur ou de la fréquence de l'onde dans un milieu transparant et homogène

L'indice de réfraction "n" d'un milieu transparent permet de mesurer ses variation.

C'est le rapport entre la célérité d'une onde se propageant dans le vide et sa célérité dans un milieu considéré d'où

n= C/V

Avec

n: indice de réfraction du milieu transparent

c: célérité de la lumière dans le vide (3.108m.s-1)

v: célérité de la lumière dans un milieu transparent (m.s-1)

Comme toutes ondes (loie de Descarte), la lumière se réfléchie et se diffracte contre une interface.

Réflexion

La réflexion est le changement de direction d'un rayon lumineux se propageant dans un milieu transparent lorsqu'il frappe une surface polie et est renvoyé dans ce même milieu

Diffraction de la lumière

La diffraction est un phénomène beaucoup plus complexe et important .

Réalisons l'expérience suivante:

On observe sur l'écran une figure de diffraction. Ce phénomène se produit lorsque l'ouverture par laquelle passe la lumière est de petite taille. On dit que l'ouverture a diffracté la lumière du laser.

Remarques:

Plus l'ouverture est petite, plus le phénomène de diffraction est marqué.

Le phénomène de diffraction met en défaut le principe de propagation rectiligne de la lumière dans un milieu homogène.

Si l'ouverture est une fente, on observe la figure ci-contre.

2 Couleurs

La séparation de toutes les couleurs est bien visible si on utilise un prisme.

Cela permet, de plus, d'observer le spectre sur un écran.

A chaque couleurs correspond une fréquence particulière en hertz, une longueur d'onde en mètres.

En augmentant progressivement la fréquence de l'onde électromagnétique on rencontre successivement les ondes hertziennes, les micro-ondes, l'infrarouge, les ondes visibles, les rayons ultraviolets, les rayons X, les rayons gamma.

C Les Limites de la