Nous allons maintenant parler de phénomènes optiques car la lumière est perçu grâce à cela.

Les phénomènes optiques se résument à la diffusion et à la diffraction.

Nous allons d'abord nous intéresser à la diffusion, le principe est simple c'est quand un objet est éclairé, il réfléchit ou réémet de la lumière, celui-ci devient à son tour source de lumière (secondaire) et diffuse une partie de la lumière qu'il a reçue, dans toutes les directions :

 

Ce phénomène n'est pas celui qui nous intéresse le plus car il ne nous permet pas de répondre à notre problématique, le phénomène suivant nous permettra d'avancer d'avantage : la diffraction.

 

 La diffraction est un phénomène par lequel les rayons lumineux issus d'une source ponctuelle sont déviés de leur trajectoire rectiligne lorsqu'ils rasent les bords d'un obstacle opaque. Phénomène d'optique affectant l'observation d'une image à travers un instrument et dû au caractère ondulatoire de la lumière.

 

On savait donc, depuis le 15ième siècle, qu'on peut trouver des zones lumineuses en des endroits où la propagation rectiligne de la lumière donnerait de l'ombre et des zones d'ombre en des régions de plein éclairement.
La figure 1 nous montre un exemple de ce comportement de la lumière.

Il s'agit d'une ombre portée par un objet au bord rectiligne sur un écran éclairé par une source ponctuelle.

Si l'éclairement était obtenu avec une source étendue comme le Soleil (par exemple), la limite de l'ombre serait relativement floue et il y aurait une transition progressive entre l'éclairement et l'ombre.

Si la lumière se propageait toujours en ligne droite, avec une source ponctuelle il y aurait une transition brutale entre la partie éclairée et l'ombre.

En fait, on constate un phénomène plus complexe.


Figure 1 : Ombre d'un bord droit portée sur un écran éclairé par une source ponctuelle.
 

Un peu de lumière se glisse dans l'ombre et un système de franges apparaît sur la partie éclairée de l'écran. La figure 2 détaille cet aspect.


Figure 2 : Répartition de l'intensité lumineuse à la limite de l'ombre d'un bord droit portée sur un écran éclairé par une source ponctuelle.
 

  Une onde lumineuse est une onde électromagnétique.

 Contrairement aux ondes mécaniques, une onde lumineuse peut se propager dans le vide
(Exemple : la lumière du Soleil et des étoiles qui se propage dans le vide avant d'entrer dans l'atmosphère terrestre).

 La célérité de la lumière dans le vide est c = 3,00.108 m.s-1.

Une radiation lumineuse est une onde lumineuse périodique caractérisée par sa fréquence f (en Hz) ou sa période  T = 1/f .

Dans le vide, la longueur d'onde d'une radiation lumineuse est \lambda = c.\text{T} = \dfrac{c}{f}.

L'oeil humain n'est sensible qu'aux ondes lumineuses dont les longueurs d'onde dans le vide sont comprises entre 400 nm et 800 nm.

Une lumière monochromatique ne contient qu'une seule radiation de fréquence bien définie
(la lumière du laser est quasi monochromatique).

 La lumière blanche est une lumière polychromatique : elle est constituée d'un grand nombre de radiations de fréquences différentes, celles de l'arc-en-ciel.