Nature ondulatoire : la lumière est diffractée par une fente, un fil fin ou un trou de petite dimension. La diffraction est une propriété des ondes : la lumière est une onde. Une fente verticale donne une figure horizontale.
Le faisceau laser s’étale après la fente : tache centrale large, puis extinctions et taches latérales.
Écart angulaire : entre le milieu de la tache centrale et la première extinction. \(\theta = \dfrac{\lambda}{a}\)\(\theta = \dfrac{L}{2D}\)\(L = \dfrac{2\lambda D}{a}\) (\(\theta\) en rad)
Quand la largeur a de la fente diminue, l’écart angulaire θ et la largeur L de la tache centrale augmentent.
Onde lumineuse : onde électromagnétique qui se propage dans le vide, sans milieu matériel. Toutes les radiations y ont la même célérité \(c \approx 3{,}00\times10^{8}\ \mathrm{m\cdot s^{-1}}\)\(\lambda_0 = c\cdot T = \dfrac{c}{\nu}\)
Les deux crêtes restent alignées : dans le vide, le rouge et le violet avancent à la même célérité c.
Domaines : visible \(400\ \mathrm{nm} \le \lambda_0 \le 800\ \mathrm{nm}\) (\(3{,}75\times10^{14}\ \mathrm{Hz} \le \nu \le 7{,}5\times10^{14}\ \mathrm{Hz}\)) ; UV : \(\lambda_0 < 400\ \mathrm{nm}\) ; IR : \(\lambda_0 > 800\ \mathrm{nm}\). Lumière monochromatique : une seule radiation ; polychromatique : plusieurs radiations.
À chaque longueur d’onde dans le vide correspond une fréquence et une couleur.
Milieu transparent : indice \(n = \dfrac{c}{v}\) ≥ 1. La fréquence \(\nu\) ne change pas d’un milieu à l’autre ; la longueur d’onde devient \(\lambda = \dfrac{\lambda_0}{n}\)\(n = \dfrac{\lambda_0}{\lambda}\)
Dans le verre, la longueur d’onde est plus petite, mais la fréquence de l’onde reste la même.
Dispersion : un prisme décompose la lumière blanche (le violet est le plus dévié) car l’indice dépend de la fréquence (\(n_{\mathrm{violet}} > n_{\mathrm{rouge}}\)). Un milieu où \(v\) dépend de \(\nu\) est dispersif : le vide ne l’est pas, les milieux transparents le sont à des degrés différents.
Le violet est plus dévié que le rouge : la vitesse de la lumière dans le verre dépend de la fréquence.
Lumière blanche : chaque radiation donne sa figure de diffraction ; elles se superposent : centre blanc, bords irisés. Un fil de diamètre \(a\) donne la même figure qu’une fente de largeur \(a\).
Plus λ est grande, plus la tache centrale est large : centre blanc, bords irisés ; même figure avec un fil.