La lumière est une onde

Définition

La lumière est une onde : ce sont des vibrations du champ électrique et du champ magnétique qui se propagent dans le vide ou dans un milieu matériel mais sans transporter de matière.
Graphique représentant la propagation du champ électrique et magnétique d'une onde lumineuse
Graphique représentant la propagation du champ électrique et magnétique d'une onde lumineuse

Les expériences qui le prouvent

Toutes les expériences d’interférences qui se déroulèrent au XIXème siècle peuvent s’interpréter si on considère la lumière comme une onde électromagnétique : c’est à dire qu’elle se propage comme une onde à la surface de l’eau ou une ola dans un stade.

Expérience des fentes d’Young

Une source de lumière traverse 2 fentes (image de gauche). On observe alors la figure d’interférence à droite. On voit que lumière + lumière = lumière OU obscurité…
Représentation du passage d'une onde lumineuse à travers 2 fentes d'Young
Représentation du passage d'une onde lumineuse à travers 2 fentes d'Young
Figure d'interférence d'une lumière blanche à travers les fentes d'Young
Résultat de l'interférence d'une onde qui a traversé les fentes d'Young
Interférences lumineuses
Cette expérience montre différentes interférences lumineuses et présente le matériel de laboratoire.
Source – chaine Youtube : “TSG physics”
Diffraction et interférences
Cette animation permet de reproduire les expériences de diffraction ou interférences. Vous avez la possibilité de changer de multiples paramètres (longueur d’onde, largeur de fente, écart des fentes, distances) puis de visualiser en direct les changements sur la figure d’interférence.

Classe inversée - Diffraction et interférences

A l’aide de la simulation d’expérience “Sous pression” ci-dessous, réalisez le travail demandé sous l’animation.
Interférence d'ondes

Cette animation vous permettra de simuler différentes expériences avec des ondes sonores, lumineuses ou mécaniques et de les faire interagir entre elles.

La diffraction

Travail n°1 :

  • Double-cliquer sur Diffraction
  • Sélectionner une ouverture “Carré” puis changer ses paramètres pour obtenir une fente rectangulaire de 0,40 mm de largeur et 0,10 mm de hauteur.
  • Appuyer sur le bouton rouge pour allumer le laser.

Vous observez une figure de diffraction.

  • Ci-dessous se trouve les grandeurs D et L à mesurer pour exploiter cette expérience :

Schéma d'une figure de diffraction et laisse en évidence des grandeurs à mesurer

  • En utilisant vos connaissances de trigonométrie, exprimer l’angle θ en fonction de D (=distance fente – écran) et L (largeur de la tache centrale).
  • On vous donne la relation suivante : θ = λ/a ; (a = hauteur de la fente). A l’aide de la relation trouvée précédemment et celle donnée, exprimer la distance D en fonction de λ, a et L.
  • Calculer la distance D et comparer ce calcul expérimental avec la valeur théorique qui est Dthéorique = 1,0 m.

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