Ondes électromagnétiques : réflexion, réfraction et interférence

Description

Cette séance de cours couvre les aspects qualitatifs et conceptuels de la physique expérimentale II, en se concentrant sur les ondes électromagnétiques. Les sujets abordés comprennent le comportement du front d'onde aux interfaces, l'optique des ondes, l'optique géométrique et le principe de superposition conduisant à des phénomènes de diffraction et d'interférence. L'instructeur met l'accent sur le débat historique entre la théorie corpusculaire et la théorie des ondes de la lumière, expliquant les propriétés des ondes électromagnétiques monochromatiques et leurs applications dans les réseaux de diffraction et les filtres d'interférence. La séance de cours explore également les principes de l'interférence et de la diffraction, en discutant des conséquences en microscopie et du rôle du réseau de diffraction en spectrométrie optique. En outre, il explore les applications de l'interférométrie laser pour des mesures de distance ultra-précises et l'interaction de la lumière avec la matière, y compris la réflexion et la réfraction aux interfaces.

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Onde transversale

En physique ondulatoire, une ou est une onde dont la perturbation du milieu se fait dans l'une des directions orthogonales à celle de sa propagation. Lorsque ces directions sont parallèles, l'onde est dite longitudinale. Les vagues à la surface de l'eau sont des ondes transversales. Une onde sur une corde est également transverse. Les ondes électromagnétiques sont des ondes transversales. thumb|305px|Propagation d'une perturbation des champ électrique E et champ magnétique B. Onde électromagnétique Les ond

Interférence

En mécanique ondulatoire, les interférences sont la combinaison de deux ondes susceptibles d'interagir. Ce phénomène apparaît souvent en optique avec les ondes lumineuses, mais il s'obtient également avec des ondes électromagnétiques d'autres longueurs d'onde, ou avec d'autres types d'ondes comme des ondes sonores. À savoir aussi, le phénomène d'interférence se produit uniquement lors de la combinaison de deux ondes de même fréquence. L' onde se modélise par une fonction , étant la position dans l'espace et t étant le temps.

Principe de Huygens-Fresnel

Le principe de Huygens-Fresnel est une théorie ondulatoire (Fresnel disait vibratoire) de la lumière exposée par Augustin Fresnel dans son Mémoire sur la diffraction de la lumière soumis à l'Académie des Sciences de Paris en 1818. Dans ce mémoire, Fresnel a exploité les concepts exposés en 1690 par Christian Huygens dans son Traité de la lumière (chaque point du front d'onde est source d'ondelettes sphériques secondaires) et les a complétés avec le principe des interférences pour expliquer les phénomènes de propagation, diffraction et d'interférences lumineuses.

Diffraction

thumb|Phénomène d'interférences dû à la diffraction d'une onde à travers deux ouvertures. La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle ou une ouverture ; le phénomène peut être interprété par la diffusion d’une onde par les points de l'objet. La diffraction se manifeste par des phénomènes d'interférence. La diffraction s’observe avec la lumière, mais de manière générale avec toutes les ondes : le son, les vagues, les ondes radio, Elle permet de mettre en évidence le caractère ondulatoire d'un phénomène et même de corps matériels tels que des électrons, neutrons, atomes froids.

Longueur d'onde

La longueur d’onde est une grandeur physique caractéristique d'une onde monochromatique dans un milieu homogène, définie comme la distance séparant deux maxima consécutifs de l'amplitude. La longueur d'onde dépend de la célérité ou vitesse de propagation de l'onde dans le milieu qu'elle traverse. Lorsque l'onde passe d'un milieu à un autre, dans lequel sa célérité est différente, sa fréquence reste inchangée, mais sa longueur d'onde varie . Lorsque l'onde n'est pas monochromatique, l'analyse harmonique permet de la décomposer en une somme d'ondes monochromatiques.