Principes fondamentaux des ondes et de l'optique

Ondes mécaniques

Ce sont celles qui nécessitent un support matériel de transmission et peuvent être de deux types :

• Ondes longitudinales : celles qui voyagent parallèlement à la direction de propagation.
• Ondes transversales : celles qui voyagent perpendiculairement à la direction de propagation, comme les ondes qui se forment dans la corde d'une guitare lorsqu'on la fait vibrer.

Ondes électromagnétiques

Ce sont celles qui n'ont pas besoin d'un support physique pour se transmettre, bien qu'elles puissent le faire.

Types d'ondes

• Ondes sonores : acoustique.
• Ondes sismiques : activité de la Terre.
• Ondes électromagnétiques : attraction gravitationnelle.
• Énergie des vagues : énergie éolienne.
• Ondes mécaniques : énergie mécanique.
• Ondes radio : elles se propagent à travers le son.

Réflexion de la lumière

Le rayon incident, la normale et le faisceau réfléchi sont dans le même plan. L'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion.

La réflexion se produit lorsque le faisceau ne passe pas dans un autre milieu, mais change de direction et renvoie au support d'origine. Si la surface est lisse comme un miroir, les rayons sont réfléchis dans un seul sens ; toute surface qui réfléchit les rayons lumineux est appelée un miroir. Le faisceau de lumière atteignant le miroir est appelé incident et le faisceau rejeté est appelé réfléchi (réflexion spéculaire). Si la surface n'est pas lisse, les rayons sont réfléchis dans différentes directions.

Réfraction de la lumière

C'est un changement de direction que subit la lumière en passant d'un milieu à un autre de densité différente. Ainsi, la lumière varie sa vitesse, sa longueur d'onde et sa direction de propagation. Exemple : la lumière passe de l'air à l'eau.

Image réelle

Une image est réelle quand elle est formée directement par la lumière. Un exemple est la projection de diapositives ou les images formées par un projecteur de transparents, où les rayons lumineux sont émis et forment l'image sur la zone correspondante.

Loi de Snell

Snell a découvert la relation mathématique entre les angles d'incidence et de réfraction. Quand la lumière passe d'un milieu dont l'indice de réfraction est n1 vers un autre dont l'indice est n2, on a toujours : n1 sin θ1 = n2 sin θ2, où θ1 est l'angle d'incidence et θ2 est l'angle de réfraction.

La loi de Snell peut aussi s'écrire en termes de vitesse de la lumière dans différents milieux :
sin θ1 / sin θ2 = v1 / v2

Photométrie

La photométrie est la science qui traite de la mesure de la lumière telle que la luminosité perçue par l'œil humain. Elle étudie la capacité du rayonnement électromagnétique à stimuler le système visuel.

Formules

• v = λ / T
• v = λ × f
• T = 1 / f