Propagation de la lumière

Tu penses que la lumière voyage instantanément ? Pas tout à fait ! Elle se déplace en ligne droite depuis sa source, et on peut modéliser son trajet avec un rayon lumineux (une flèche qui indique la direction).

Dans le vide et dans l'air, la lumière file à une vitesse constante appelée célérité : c = 3,0 × 10⁸ m/s. C'est ultra rapide - environ 300 000 km/s !

Mais dès que la lumière traverse un autre matériau, elle ralentit. C'est là qu'intervient l'indice de réfraction : n = c/v. Plus l'indice est élevé, plus la lumière ralentit. Par exemple, dans l'eau $n = 1,33$ elle va moins vite que dans l'air $n = 1,00$, et encore moins dans le diamant $n = 2,44$.

💡 Astuce : Pour convertir m/s en km/h, multiplie par 3,6. Pour l'inverse, divise par 3,6 !

Lois de Snell-Descartes

Quand un rayon lumineux rencontre la surface de séparation entre deux milieux (appelée dioptre), deux choses se passent : une partie se réfléchit, l'autre se réfracte (change de direction).

Pour la réflexion, c'est simple comme un miroir : l'angle d'incidence i₁ égale l'angle de réflexion r. Autrement dit : i₁ = r.

Pour la réfraction, c'est un peu plus complexe mais très utile ! La formule magique est : n₁ × sin(i₁) = n₂ × sin(i₂). Cette équation te permet de calculer dans quelle direction va partir le rayon réfracté.

Tous ces angles se mesurent par rapport à la normale (la ligne perpendiculaire à la surface). Cette loi explique pourquoi une paille semble cassée dans un verre d'eau !

Couleurs de la lumière

Surprise : la lumière blanche n'est pas si blanche que ça ! Elle est polychromatique, c'est-à-dire qu'elle contient une infinité de couleurs (radiations) qu'on peut séparer avec un prisme. Ce phénomène s'appelle la dispersion.

À l'inverse, la lumière d'un laser est monochromatique - une seule couleur pure qu'un prisme ne peut pas décomposer.

Chaque couleur a sa propre longueur d'onde λ (lambda), mesurée en nanomètres. Ton œil ne voit que les longueurs d'onde entre 400 et 750 nm - c'est le spectre visible.

Les étoiles et les gaz émettent deux types de spectres : le spectre continu (solides chauds) et le spectre de raies (gaz à faible pression). Ce dernier est comme une empreinte digitale chimique qui permet d'identifier la composition des objets célestes !

🌈 À retenir : Rouge = grandes longueurs d'onde (~700 nm), Violet = petites longueurs d'onde (~400 nm)