La lumière/Descriptions physiques de la lumière

Début de la boite de navigation du chapitre

fin de la boite de navigation du chapitre

Aspects physiques de la lumière

La lumière est un phénomène physique qui peut comporter deux aspects. Elle peut se définir de deux façons différentes en fonction de l'environnement dans lequel elle est étudiée et les propriétés qu'elle a :

• Aspect corpusculaire
• Aspect ondulatoire

Aspect corpusculaire

La lumière présente des propriétés propres à un objet localisé, un corpuscule (par exemple : l'effet photoélectrique, le spectre d'émission d'un matériau, la chimie des colorants etc.).

Cet aspect est utilisé lorsque les énergies présentes dans les corpuscules sont très faibles, et que pour leur mesure, le système est perturbé.

Aspect ondulatoire

La lumière présente des propriétés propres à une onde, sans localisation précise (par exemple : la diffraction, la polarisation etc.).

Cet aspect est utilisé en optique et dans les cas qui concernent des puissances largement plus importantes et supérieures que celles des photons.

L'aspect corpusculaire et l'aspect ondulatoire (modèles physiques de la lumière) supposent que les phénomènes physiques et optiques sont mesurables sur une échelle continue (sans interruption brutale de la mesure à un instant t).

Caractéristiques physiques et mécaniques de la lumière

Vitesse

La vitesse de la lumière dans le vide est une constante physique notée avec la lettre c.

Celle-ci a la valeur suivante: c = 299 792 458 m/s (dans le vide).

C'est la vitesse de la lumière la plus grande atteinte dans l'Univers et maximale pour tout déplacement d'énergie.

Addition des vitesses et célérité

La loi d'addition des vitesses est une loi physique consistant à additionner des vitesses lorsqu'elles plus faibles que celle de la lumière.

La loi se décrit comme suit : $v'=V+v$

La variable $v'$ est le résultat de la somme des deux vitesses $V$ et $v$.

Les variables $V$et $v$ sont respectivement les première et la deuxième vitesses considérées.

Le calcul de la distance $d$ parcourue pendant un temps $t$ en fonction de la somme des deux vitesses considérées est le suivant : $d=(V+v).t=v'.t$

Cette loi est valable tant que le cadre de la physique classique n'est pas dépassé. Cette loi (approximation) est de plus en plus imprécise et inexacte à mesure que la vitesse $v$ considérée augmente et tende vers la vitesse de la lumière. Dans ce cas, cette loi entrerait dans un nouveau cadre physique : la relativité et la mécanique quantique.

Présence et propagation de la lumière dans les matériaux

La vitesse de la lumière évolue en fonction du matériau et des conditions dans lesquelles elle se propage. La différence de vitesse de propagation de la lumière entre deux matériaux est liée à l'indice de réfraction de ces matériaux. L'indice de réfraction caractérise les réponses des milieux à la traversée d'une onde électromagnétique (dont la lumière) (onde allant d'un milieu matériel à un autre).

Quel que soit le milieu matériel qu'elle traverse, la lumière va moins vite que dans le vide :

• Dans l'air : l'indice de réfraction est : $n_{air}=1$. La célérité de la lumière est : $c_{air}=299792458m/s$.

• Dans l'eau : l'indice de réfraction est : $n_{eau}=1,333$. La célérité de la lumière est : $c_{eau}=224900569m/s$.

• Dans du verre : l'indice de réfraction moyen est : $n_{verre}=1,615$. La célérité de la lumière est : $c_{verre}=185630005m/s$.

• Dans du diamant : l'indice de réfraction est : $n_{diamant}=2,4175$. La célérité de la lumière est : $c_{diamant}=124009290m/s$.