QCM : Optique géométrique et nature de la lumière — 18 questions

Explication

La lumière produit la sensation visuelle et rend possible la vision humaine. La pression atmosphérique peut influencer l’environnement, mais elle n’est pas à l’origine de la perception visuelle.

Explication

Les télécommunications par fibre optique utilisent la propagation de la lumière pour transporter des informations. La transmission sonore dans l’air repose sur une onde mécanique et non sur un signal lumineux guidé dans une fibre.

Explication

Une onde correspond à la propagation d’une perturbation locale, qui peut concerner une position, une pression ou un champ. Le déplacement global et permanent de toute la matière ne définit pas une onde.

Explication

Une onde mécanique a besoin d’un milieu matériel, alors qu’une onde électromagnétique peut aussi se propager dans le vide. Confondre ces conditions de propagation conduit à attribuer à l’onde électromagnétique une contrainte propre aux ondes mécaniques.

Explication

Une onde lumineuse est une onde électromagnétique constituée de vibrations des champs électrique et magnétique. Elle ne correspond donc pas à une onde mécanique nécessitant les vibrations de particules matérielles.

Explication

Dans une onde lumineuse, les champs électrique et magnétique sont en phase, perpendiculaires l’un à l’autre et transverses à la direction de propagation. Des champs parallèles ou longitudinaux ne respecteraient pas cette géométrie ondulatoire.

Explication

Dans le vide, la relation entre ces grandeurs est $\lambda=\frac{c}{f}$, ce qui est équivalent à $\lambda=cT$ puisque $f=\frac{1}{T}$. La fréquence n’est donc pas multipliée par la célérité pour obtenir la longueur d’onde.

Explication

La lumière visible possède dans le vide une fréquence approximative comprise entre 400 et 800 THz. La plage de 1 à 3 correspond plutôt à l’ordre de grandeur de sa période exprimée en femtosecondes.

Explication

La fréquence et la longueur d’onde varient en sens inverse dans le spectre électromagnétique. Une augmentation de la longueur d’onde correspond donc à une diminution de la fréquence.

Explication

H. R. Hertz a observé expérimentalement l’émission d’électrons par un métal éclairé lorsque la fréquence dépasse un seuil. Einstein a ensuite interprété ce phénomène en 1905, mais il n’en est pas le découvreur expérimental.

Explication

Einstein explique l’effet photoélectrique en introduisant les photons, ce qui établit la nature corpusculaire de la lumière. La description ondulatoire reste pertinente pour la propagation, mais elle ne rend pas compte de cet échange quantifié d’énergie.

Explication

Un photon est un quantum d’énergie transporté par la lumière, et les photons d’un faisceau monochromatique ont la même fréquence. Dans le vide, ils se déplacent à la vitesse de la lumière, tandis que la puissance désigne une énergie émise par unité de temps.

Explication

L’optique géométrique modélise simplement la propagation de la lumière par des rayons indépendants. La diffraction et les interférences relèvent plutôt de l’optique ondulatoire.

Explication

La diffraction devient observable lorsque la dimension caractéristique de l’ouverture est inférieure ou comparable à environ 0,1 mm. La puissance de la source et l’homogénéité du milieu ne fixent pas directement ce critère géométrique.

Explication

Un milieu transparent absorbe peu ou pas la lumière, comme l’air, le verre ou l’eau peu profonde. L’existence d’une direction privilégiée concerne l’anisotropie, tandis qu’un indice variable caractérise une non-homogénéité.

Explication

Un milieu isotrope ne possède pas de direction privilégiée, alors qu’un milieu homogène possède le même indice de réfraction en tout point. Confondre ces notions revient à attribuer une propriété directionnelle à l’homogénéité ou une propriété spatiale à l’isotropie.

Explication

La relation $v=\frac{c}{n}$ donne, pour $n=2$, une vitesse égale à $\frac{c}{2}$. L’indice de réfraction supérieur à un s’accompagne donc d’un ralentissement par rapport à la propagation dans le vide.

Explication

Au passage dans le milieu, la fréquence ne change pas et la longueur d’onde vérifie $\lambda_m=\frac{\lambda_0}{n}$. La diminution de la vitesse entraîne donc une diminution de la longueur d’onde, sans modification de la fréquence ni de la couleur.