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Propagation des rayonnements électromagnétiques
Cette page présente quelque particularités de la propagation des rayonnements électromagnétiques, par exemple de la lumière.
Onde ou corpuscule ?[modifier | modifier le wikicode]
Un rayonnement électromagnétique, qu'il s'agisse d'ondes radio, d'infrarouge, de lumière visible, d'ultraviolet, de rayons X ou de rayons gamma est-il composé de particules élémentaires ou d'une onde ?
La réponse est : un peu des deux.
Certaines expériences s'expliquent si on considère qu'un rayonnement électromagnétique est composé de particules élémentaires qu'on appelle photons, tandis que d'autres expériences dans lesquelles un rayonnement électromagnétique que l'on fait passer par deux trous produit des franges d'interférence ne peuvent s'expliquer que si le rayonnement électromagnétique se comporte comme une onde.
La réflexion[modifier | modifier le wikicode]
Une première possibilité quand un rayonnement électromagnétique (par exemple de la lumière) rencontre un bloc de matière est que ce bloc de matière renvoie ce rayonnement.
Cela peut se produire de 2 façons.
La plupart des matières renvoient la lumière reçue dans toutes les directions. Ainsi, lorsqu'un objet (par exemple une feuille de papier) est éclairé, on le voit quel que soit l'endroit où on est pour le regarder car de la lumière part de cet objet pour atteindre nos yeux.
Mais dans le cas d'un métal ou un miroir (qui est une vitre avec une peinture métallique d'un coté), le rayon lumineux rebondit sur le métal et repart à la manière d'un ballon qui taperait sur un mur.
En effet, le mouvement d'un rayon lumineux qui arrive en biais par rapport à un métal ou un miroir, peut être décomposé en 2 mouvements :
- un mouvement perpendiculaire à la surface du miroir,
- un mouvement parallèle à la surface du miroir.
Après rencontre de la surface métallique ou du miroir :
- le mouvement perpendiculaire rebondit et repart dans le sens opposé,
- un mouvement parallèle continue son déplacement sans changement.
C'est pour cette raison que le rayon lumineux repart de la surface métallique sous le même angle que celui sous lequel il était arrivé.
Entre ces 2 cas, il peut exister des matériaux qui renvoient surtout la lumière comme le font les métaux, mais en en revoyant aussi une partie dans les directions voisines.
La réfraction[modifier | modifier le wikicode]
Lorsqu'un rayonnement électromagnétique passe d'un milieu matériel à un autre, par exemple lorsque de la lumière passe de l'air à une surface de verre ou d'eau si ce rayonnement arrive en biais par rapport à cette surface, son trajet est dévié.
Si plus tard, il ressort par une surface parallèle à celle par laquelle il est entré, le rayonnement reprend la direction qu'il avait avant d'entrer.
Mais si la surface par laquelle il ressort n'est pas parallèle à celle par laquelle il est entré, ce rayonnement part dans une autre direction en revenant dans le premier milieu matériel.
Par exemple, si de la lumière arrive sur la surface bombée d'une lentille optique selon l'endroit ou le rayon lumineux est rentré (au centre de la lentille ou plus ou moins sur ses bords) le trajet en sortie sera différent. C'est pour cette raison qu'avec une lentille convergente, par exemple celle d'une loupe on peut projeter une image ce ce qui nous entoure. Un objectif photographique utilise cette propriété pour récupérer des images. Le cristallin de l'œil fait de même.
Le changement de direction de la lumière est lié à son changement de vitesse lorsqu'elle passe d'une matière à une autre. En effet, la vitesse de la lumière et de tout rayonnement électromagnétique est maximale dans le vide, mais si de la lumière traverse une matière transparente, pendant la traversée, elle rencontrera des atomes qui la ralentiront. Selon le type de matière traversé, le ralentissement sera plus ou moins grand.
Ce ralentissement s'appelle l'indice de réfraction. Il est calculé de cette manière :
Dans l'air, la lumière se déplace presque aussi vite que dans le vide. L'indice de réfraction de l'air est proche de 1,0003. Mais dans l'eau, il est de 1,33 et dans le verre, autour de 1,5. Mais certains verres ont un indice de réfraction plus fort que d'autres. Pareil pour le plastique transparent.
D'autre part, l'indice de réfraction varie avec la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique. Il est plus élevé pour les courtes longueurs d'onde, c'est à dire les hautes fréquences. Ainsi, lorsque de la lumière blanche traverse un prisme, la lumière rouge est un peu moins déviée que la lumière violette et pour les autres couleurs, la déviation est entre les deux. Cela permet de décomposer la lumière blanche en différentes couleurs.
Par contre, à cause de l'indice de réfraction qui varie un peu selon la couleur, lorsqu'on utilise un objectif photographique, plus particulièrement un téléobjectif, l'image nette pour les différentes couleurs de la lumière visible ne se forme pas exactement au même endroit. Ce défaut s'appelle l'aberration chromatique. On l'atténue beaucoup en utilisant des lentilles de plusieurs indices de réfraction.
La diffraction[modifier | modifier le wikicode]
La diffraction est une conséquence du fait qu'un rayonnement électromagnétique se comporte comme une onde. Si un bloc de matière lui barre le passage sauf à l'endroit d'un trou, il pourra changer de direction en passant dans le trou.
L'effet très faible si on fait passer un rayon lumineux dans d'un trou d'un millimètre de diamètre mais il devient très important lorsque le diamètre du trou est proche de la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique.
Voir aussi[modifier | modifier le wikicode]
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