phenomene de dispersion

[invitec846afeb]

bonjour,
Je suis en licence informatique et je prepare un concours dans lequel il y a de la physique de terminal.

En ce moment je bloque un p'tit peu sur le phenomene de dispersion n'arrivant pas a voir la logique de l'histoire:
d'apres mon bouquin:
"si la vitesse de propagation d'une onde dans un milieu depend de la frequence de l'onde, ce milieu est dit dispersif."

Mon probleme c'est que jusque la je pensais que la vitesse de propagation etait toujours la meme, quelque soit la frequence si le milieu restait le meme. le son par exemple a toujours la meme vitesse dans l'air mais celle-ci est plus grande dans l'eau. ET que ce qui variait etait la longueur d'onde.
Donc ma question est la suivante, comment et pourquoi la vitesse deprendrait elle de la frequence???
Merci d'avance.
-----

[invite88ef51f0]

Salut,
Prenons l'exemple de la lumière. La vitesse de la lumière dans un matériau est c/n où c est la vitesse de la lumière dans le vide et n l'indice du matériau. Or n dépend de la longueur d'onde : le meilleur exemple est le prisme qui dévie différemment la lumière suivant sa couleur. Donc la vitesse de l'onde dépend de sa fréquence. Le milieu est dit dispersif. La dispersion peut être gênante, par exemple dans les fibres optiques, où elle déforme les signaux...
Pourquoi l'indice varie en fonction de la longueur d'onde ? Pourquoi pas ! Il me paraît normal que le milieu ne se comporte pas pareil à toutes les fréquences...

(Ce que j'ai dit s'applique aussi au son)

[invitec913303f]

Au niveau quantique, d'où vient l'indice de réfraction?

Merci a tous.
flo

[invite8c514936]

Pareil qu'au niveau classique : les phénomènes de transparence et la notion d'indice de réfraction sont très liés à l'interaction de la lumière avec les atomes qui constituent les milieux. Cette interaction dépend de la fréquence de la lumière...

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite9c9b9968]

un exemple de milieu où des calculs pénibles mais faisables au niveau bac+2 montre un caractère dispersif : le plasma.

@+

julien

[invite6eae1772]

Ou un guide d'onde électromagnétique

[invitec846afeb]

merci pour le reponses apportées mais au risque d'insister je suis pas sure d'avoir bien compris:
voila ma logique
si on envoie un premier son a une certaine frequence et un deuxieme son a une frequence differente de la premiere dans le meme mileu:
-leur longeur d'onde (unite en m c'est ca?) est differente mais leur vitesse identique.
si on envoie un son dans l'eau et dans l'air a la meme frequence:
-leur longeur d'onde et leur vitesse sera differente.
je me goure quelque part je crois??

[invitea3eb043e]

si on envoie un premier son a une certaine frequence et un deuxieme son a une frequence differente de la premiere dans le meme mileu:
-leur longeur d'onde (unite en m c'est ca?) est differente mais leur vitesse identique.
si on envoie un son dans l'eau et dans l'air a la meme frequence:
-leur longeur d'onde et leur vitesse sera differente.
je me goure quelque part je crois??

Dans la pratique, la dispersion du son dans l'air n'est pas très grande, idem dans l'eau mais bien sûr, la vitesse n'est pas du tout la même dans les 2 cas. Ce que tu dis est vrai en première approximation.
La dispersion est toujours liée à la proximité d'une fréquence d'absorption : typiquement dans l'ultra-violet pour la lumière et les ultra-sons pour le son. Quand on est loin d'une fréquence de résonance (absorption), la dispersion est faible. En optique, on dispose de moyens très sensibles pour voir cette dispersion (arc en ciel), donc même une dispersion relativement faible aura des effets spectaculaires.

[invitec846afeb]

oki...je crois que je commence a comprendre!!!merci!

[invitebde7b642]

En effet, l'indice de réfraction d'un matériel dépend de sa conposition, de la longueur d'onde de la lumière qui ce propage.
Pourquoi ?
Parce que les photons de la lumière possède une énergie différente en fonction de la longueur d'onde et que ces mêmes photons intéragissent avec les électrons des atomes.

Un photon qui frappe un électron, lui transmet de l'énergie (Ce qui peut faire passer notre électron dans une couche électronique différente). Le photon (tel une boule de billard qui serait rentré en collision avec une autre boule) est ré-émis (si je puis dire) dans une autre direction avec une longueur d'onde différente. L'énergie acquise par l'électron a permis à l'atome de passer dans un état excité différent. Si son état viens à changer de nouveau et l'électron revenir dans sa position initiale, un photon sera émis.

Bref, on voit que la longueur d'onde a son importance.

[invite87a1ce41]

merci pour le reponses apportées mais au risque d'insister je suis pas sure d'avoir bien compris:
voila ma logique
si on envoie un premier son a une certaine frequence et un deuxieme son a une frequence differente de la premiere dans le meme mileu:
-leur longeur d'onde (unite en m c'est ca?) est differente mais leur vitesse identique.
si on envoie un son dans l'eau et dans l'air a la meme frequence:
-leur longeur d'onde et leur vitesse sera differente.
je me goure quelque part je crois??

bonjour,

Je crois ( je dis bien je crois ) que tu t'es trompé deux fois :

pour ton premier tiret, les vitesses seront identiques que si les milieux sont non-dispersif

pour le second, non seulement ton énoncé n'est pas clair, mais il ne se passera pas la même pour le son et l'eau

voilà, j'espère ne pas m'être trompé.

Je voulais profiter de ce topic car j'ai moi-même quelques questions sur le sujet :

j'ai vu dans un très vieux topic de ce site que l'air était un milieu dispersif pour la lumière, ce qui me semble faux, alors, est-ce vrai ou faux ?

autrmeent, je voulais savoir comment on faisait pour l'indice d'un milieu ( c/n ) car par définition, dans un milieu dispersif, la célérité de l'onde dépend de sa fréquence, or la lumière comprend plein de fréquences, donc je me demandais comment on faisait.


Voilà, merci de m'éclairer

[invite9c9b9968]

salut adrislas,

non non l'air est bien un milieu dispersif pour la lumière, mais cette dispersion n'est pas très prononcée (quoique, les arcs en ciel...)

Ensuite dans un milieu dispersif, il n'y a pas de souci : quand tu dis que la lumière dépend de plein de fréquences, c'est imprécis ; en fait tu fais ici référence à la lumière blanche , qui justement ne se propage pas dans un milieu très dispersif, elle sera vite décomposée en plusieurs bandes monochromatiques (à cohérence temporelle près bien sûr, ce n'est pas rigoureusement monochromatique)

[invite87a1ce41]

alors en fait, dans l'indice, c'est le rapport de la célérité de n'importe quelle fréquence de la lumière dans le vide ( puisqu'elles sont toutes à 3.10^8 m/s ) sur la célérité d'une fréquence particulière ( d'une onde monochromatique ) dans un milieu donné, c'est ça ?

Je pensais que l'air n'était pas dispersif parce que son indice est de 1 en fait, et puis l'arc-en-ciel, je ne sais pas trop à quoi c'est dû, mais l'eau doit jouer un rôle je présume

[invite88ef51f0]

Salut,
09Jul85 : pour un arc-en-ciel, la dispersion se fait dans la goutte d'eau, pas dans l'air...

Je pensais que l'air n'était pas dispersif parce que son indice est de 1 en fait

Pas tout à fait... Il vaut approximativement 1, mais pas tout à fait. D'ailleurs tu vois bien une différence d'indice entre l'air chaud et l'air froid (mirages, etc...) donc l'indice ne vaut pas 1 dans les 2 cas... Par contre, je pense que l'effet dispersif de l'air est très faible.

[invite9c9b9968]

oui on dit souvent que l'indice de l'air est 1, mais c'est juste une approximation (pas trop mauvaise d'ailleurs) car on est bien d'accord, l'air ce n'est pas le vide : (or 1= le vide)

Mais par exemple si tu veux expliquer le fait que les ondes radio que tu envoies vers le ciel te retombes sur la figure quelque part sur terre, une première description possible est l'introduction d'un milieu étagé en indices, et par réfraction succesives on arrive à faire retomber l'onde vers la terre. Je te conseille de chercher dans des bouquins de BU ou encore sur le net à "gradient d'indice", tu trouveras plein d'infos beaucoup plus pertinentes que ce que je viens de dire (parce que l'optique géométrique sans dessin, ça craint...)

@+

PS : réfléchis par exemple au phénomène de mirage, ça te convaincra que l'indice de l'air n'est pas constant

[invite9c9b9968]

Salut,
09Jul85 : pour un arc-en-ciel, la dispersion se fait dans la goutte d'eau, pas dans l'air...

oui c'est vrai je me suis rendu compte de ma bourde trop tard, les 5 minutes étaient écoulées :

au fait, croisement avec toi au sujet du mirage

[invite87a1ce41]

merci pour vos réponses. Oui les mirages c'est très intéressant, mais il doit y avoir plein d'autres phénomènes qui entrent en jeu, je pense notamment à l'humidité

[invite9c9b9968]

hum, l'humidité dans un désert ?

faudra que l'on me montre ça

[invite87a1ce41]

si tu préfère -> le taux d'humidité. Dans le désert, il serait très faible. Mais il n'y a pas que dans les déserts qu'il y a des mirages. J'ai vu dans une émission qu'il y en avait souvent dans des zones plutot froides, genre pays scandinaves... etc. Il faudrait que je me renseigne. Avec un peu de chances, quelqu'un qui a fait un TPE sur les mirages ( c'est assez fréquent ) tombera sur ce post..

[invite88ef51f0]

Dans les zones froides, il n'y a toujours pas besoin d'humidité. Les mirages sont simplement inversés par rapport aux zones chaudes : le gradient de température est dans l'autre sens, l'air froid en bas.

[invite0bbfd30c]

Je ne résiste pas à vous montrer cette photo prise en Antarctique, même si on ne voit pas de mirage à proprement parler. Photo Astrid Richter.

[invite8c514936]

Très chouette en effet ! Et la réflexion du ciel qui cache les icebergs au loin, c'est même exactement un mirage, non ?

[invite0bbfd30c]

Très chouette en effet ! Et la réflexion du ciel qui cache les icebergs au loin, c'est même exactement un mirage, non ?

Oui, tu as raison. Mais bon, souvent on pense à un mirage d'un objet "terrestre" (ou marin). Pour la petite histoire, la dite Astrid est rentrée il y a trois semaines d'un séjour de... un an en Antarctique.