1.-Définition de l'année lumière (al) :
Distance que parcourt en un an dans le vide un photon (ou plus simplement la lumière) à la vitesse de 299 792 458 m/s ~ 300 000km/s (cette vitesse s'appelle aussi la célérité).
L'année lumière est une unité de distance .
Quelle est en kilomètre la distance parcourue par la lumière en une année ? D'après la définition transformer cette distance en année lumière.
D = 300 000 x 103 x (365,25x24x60x60) = 9,46728 x1015m ~ 9,5x1015m = 9,5x1012km = 1,0al
L’année-lumière correspond à 9 460 530 000 000 kilomètres (9 billions, 460 milliards et 530 millions de kilomètres). C’est là une distance considérable puisqu’une année-lumière est cinq cents fois plus grande que la taille de notre Système solaire !
2.-Reflexion et refraction de la lumière
LA REFLEXION DE LA LUMIERE
La réflexion est le changement de direction que subit un rayon lumineux qui est renvoyé dans une direction symetrique de la direction d'incidence par rapport à la normale.
LOIS DE LA REFLEXION. Lois Snell- Descartes (XVIIème siècle).Les deux physiciens découvrent de façon indépendante les lois de réflexion et de réfraction de la lumière.
1) Le rayon incident et le rayon reflechi se trouve sur le même plan (le plan d'incidence)
2) L'angle d'incidence (i1) est égal à l'angle de reflexion (i2)
1) Le rayon incident et le rayon reflechi se trouve sur le même plan (le plan d'incidence)
2) L'angle d'incidence (i1) est égal à l'angle de reflexion (i2)
On appelle réfraction le changement de direction subit par la lumière lorsqu’elle traverse la surface séparant deux milieux transparents. Lorsque le faisceau laser passe de l’air dans l’eau, il change de direction.
LOIS DE LA REFRACTION DE SNELL-DESCARTES.
1) Le rayon incident et le rayon refracté se trouve sur le même plan (le plan d'incidence)
2) L'angle d'incidence (i1) est l'angle de refraction (i2) sont liés par la relation :
n1 . sin i1 = n2 . sin i2 (n etant l'indice de refraction du milieu)2) L'angle d'incidence (i1) est l'angle de refraction (i2) sont liés par la relation :
L’INDICE DE REFRACTION D’UN MILIEU
L’indice de réfraction caractérise un milieu transparent: il est déterminé en comparant la vitesse de propagation de la lumière dans le milieu considéré et la vitesse de la lumière dans le vide. Il n’a pas d’unité et il est noté n. L’indice de réfraction n d’un milieu transparent est supérieur ou égal à 1: (n>1). L’indice de réfraction de l’air est très peu différent de 1.
3. DISPERSION DE LA LUMIERE BLANCHE PAR UN PRISME
En passant à travers le prisme, la lumière blanche est transformée en lumières colorées.
On dit que le prisme décompose la lumière blanche. La figure colorée obtenue est appelée spectre. La lumière blanche est constituée de plusieurs lumières (ou radiations) colorées.
La lumière blanche est polychromatique. Contrairement à la lumière blanche, la lumière du laser n’est pas décomposée en un spectre. La lumière du laser est constituée d’une seule lumière (ou radiation) colorée?La lumière du laser est monochromatique.
NOTION DE LONGUEUR D’ONDE
La lumière est une onde électromagnétique. La lumière visible comprend toutes les ondes électromagnétiques dont la longueur d’onde est comprise entre 400nm et 780nm. Ainsi, chaque couleur que l’être humain perçoit a une longueur d’onde spécifique. La lumière blanche du soleil comprend toutes les longueurs d’onde que l’être humain peut voir.
Une radiation monochromatique est caractérisée par sa longueur d’onde dans le vide;
Spectre de la lumière blanche.
Le spectre de la lumière blanche contient toutes les radiations auquel l’oeil humain est sensible, c’est à dire toutes les radiations dont la longueur d’onde est comprise entre 400 et 800nm (1nm=10-9 m).
L’indice de réfraction du bloc de verre dépend donc de la longueur d’onde de la radiation lumineuse qui le traverse.
Les différents rayonnements
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L'homme est également exposé à d'autres rayonnements invisibles provenant de l'espace : les rayonnements cosmiques.
Les éléments radioactifs présents dans notre environnement émettent des rayonnements alpha, bêta et gamma.
Comparaison de la lumière ordinaire et de la lumière laser
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Désexcitation spontanée d'un atome
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Désexcitation d'un atome par émission stimulée
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Le photon stimulé prend strictement les mêmes caractéristiques (couleur, direction de la trajectoire et phase) que le photon incident, comme si le second était la photocopie du premier.
L'émission stimulée agit donc comme la duplication de la lumière. En répétant de nombreuses fois ce phénomène, il est possible de créer une lumière qui est composée de photons tous identiques : c'est la lumière laser.
Oscillateur laser
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L'oscillateur est une sorte de boîte en forme de cylindre allongé avec, à chacune de ses extrémités, un miroir. Il contient le milieu laser qui est une collection de particules excitables (atomes, ions ou molécules) sous forme de solide, de liquide ou de gaz.
La source d'énergie, qui peut être de différents types, lumineuse, électrique ou chimique, fournit assez d'énergie aux particules pour obtenir une inversion de population (plus de particules excitées que de particules non excitées). L'énergie absorbée par les particules du milieu laser peut être potentiellement libérée sous forme de lumière.
