La lumière : émission, propagation

1. Quelles sont les conditions pour voir un objet ? 1) Pour être vu, un objet doit émettre de la lumière. Soit il produit la lumière qu'il émet soit il est éclairé et renvoie la lumière qu'il reçoit. 2) Un objet n'est vu que si la lumière émise atteint l'œil de l'observateur.

La lumière émise s'éloigne de l'objet en ligne droite. 2. Propagation de la lumière dans un milieu transparent Dans un milieu transparent et homogène la lumière se déplace en ligne droite. La lumière émise s'éloigne de l'objet en ligne droite. On la représente par des "rayons" lumineux, segments de droite orientés. Ces rayons n'ont pas de réalité physique, il n'y a pas de "traits de lumière", ils ne représentent que les directions de propagation de la lumière.

Dans le vide, la vitesse de propagation de la lumière (célérité) est une constante universelle. c : célérité dans le vide ~ 300 000 km/s Dans les autres milieux transparents la lumière a une célérité plus faible. v = c / n n ≥ 1 : indice de réfraction du milieu considéré air : n = 1 environ => célérité dans l'air = ? eau : n = 1,33 => célérité dans l'eau = ? verre : n = 1,5 environ => célérité dans le verre = ?

vitesse = longueur d'onde x fréquence c = l.N 3. Types de lumière Une lumière peut être caractérisée par sa vitesse de propagation (ou "célérité") sa longueur d'onde l ou sa fréquence N. L'unité de fréquence est le Hertz (Hz) 1 Hz = 1 s-1 Ces grandeurs sont liées : vitesse = longueur d'onde x fréquence c = l.N unités : (m/s) = (m) x (Hz) *Lumière monochromatique : lumière "pure" formée d'une seule lumière, de longueur d'onde unique ex : lumière rouge d'un laser de l = 700 nm *Lumière polychromatique : lumière formée de plusieurs lumières, de différentes longueurs d'onde

Lumières visibles : Lumières non visibles Infra-rouge Ultra-violet lumières provoquant une réaction des cônes (vision colorée) ou des bâtonnets (perception lumineuse) tapissant la rétine, c'est-à-dire mettant en jeu le sens de la vision. Ce sont toutes les lumières dont la longueur d'onde est comprise entre 400 nm (violet) et 750 nm (rouge). Lumières non visibles lumières non perceptibles par les yeux. Infra-rouge Lumières de longueur d'onde supérieure à 750 nm (rouge). Certaines sont sensibles sous forme de chaleur. Ultra-violet Lumières de longueur d'onde inférieure à 400 nm (violet). Déclenchent la production de mélanine (bronzage).

4-1 L'obstacle opaque est rugueux 4. La lumière rencontre un obstacle opaque 4-1 L'obstacle opaque est rugueux La lumière est diffusée : elle est renvoyée dans toutes les directions. rayon incident rayons diffusés

4-2 L'obstacle opaque est parfaitement lisse La lumière est réfléchie : elle est renvoyée une direction privilégiée. rayon incident rayon réfléchi i1 i2 Lois de la réflexion : 1) Le rayon incident, le rayon réfléchi et la normale au point d'incidence sont dans le même plan. 2) L'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion i1 = i2 Le cerveau interprète toujours ce qui est vu comme si la lumière se propageait en ligne droite mais, s'il y a réflexion, au lieu d'une réalité, il voit une image.

P' est symétrique de P par rapport au miroir. L'image donnée par un miroir plan est symétrique de l'objet par rapport au miroir. Un des rayons lumineux diffusé par les pieds est réfléchi par le miroir en I et parvient jusqu'à l'œil. miroir I Pour l'observateur le rayon IO semble provenir de P', image de P dans le miroir. P H P' P' est symétrique de P par rapport au miroir. PH = HP'

5. La lumière change de milieu transparent Lorsque la lumière change de milieu transparent, la direction de propagation change au niveau de l'interface (le "dioptre"). C'est la réfraction. Remarque - la réfraction n’est pas le seul phénomène observable au niveau du dioptre : une partie du rayon lumineux incident est réfléchie par le dioptre.

Le rayon lumineux qui traverse le dioptre est le rayon réfracté. Soient deux milieux par exemple l'air (indice n1) et l'eau (indice n2). rayon incident i1 Si l'eau est calme, sa surface est plane, on a un dioptre air/eau plan. Le rayon lumineux qui arrive sur le dioptre est le rayon incident. Son point de contact avec le dioptre est le point d'incidence. rayon réfracté i2 L'angle entre le rayon incident et la normale au dioptre au point d'incidence est l'angle d'incidence i1. Le rayon lumineux qui traverse le dioptre est le rayon réfracté. L'angle entre le rayon réfracté et la normale au dioptre au point d'incidence est l'angle de réfraction i2.

2) Pour un passage d'un milieu 1 à un milieu 2, Lois de la réfraction (Snell-Descartes): Le rayon incident, le rayon réfracté et la normale au point d'incidence sont dans le même plan 2) Pour un passage d'un milieu 1 à un milieu 2, n1.sini1 = n2.sini2