LA REFRACTION DE LA LUMIERE, COURS COMPLET

 

---

LA REFRACTION DE LA LUMIERE

---

•  
  1. une petite partie de la lumière est réfléchie : c'est le phénomène de réflexion partielle.
     
     
  2. une majeure partie du faisceau pénètre dans l'eau avec un changement de direction; le faisceau semble brisé
• 1° Introduction
  
  Si nous plaçons une latte rigide dans un aquarium rempli d'eau et si nous regardons la latte par au-dessus, nous avons l'impression qu'elle est brisée. Sortons la de l'eau, elle est intacte.
  Pourquoi la latte semblait-elle brisée lorsqu'elle était dans l'eau ?
  
  
  
  
  2° Définitions
  
  Versons dans une cuve transparente de l'eau contenant de la fluoréscéine (l'eau est jaune fluo). Utilisons une source lumineuse et envoyons un faisceau cylindrique sur la surface libre du liquide.
  
  Nous constatons deux choses :
  
  
  
  Ce phénomène par lequel la lumière change de direction lorsqu'elle passe d'un milieu transparent à un autre, s'appelle la réfraction.
  
  
  DEFINITION
  
  

La réfraction est la déviation des rayons lumineux passant obliquement d'un milieu transparent dans un autre.

•  
  rayon incident : rayon avant réfraction
  
  rayon réfracté : rayon dévié
  
  La déviation s'opère juste en un point que l'on appelle point d'incidence. Ce point appartient à la surface qui sépare les deux milieux. Une telle surface est nommée dioptre. La normale est la droite perpendiculaire au dioptre au point d'incidence.
  
  Comme pour la réflexion, nous définirons des angles :
  
  î = angle d'incidence = angle formé par le rayon incident et la normale
  r = angle de réfraction = angle formé par le rayon réfracté et la normale
  
  
  
  
  
  •  
    •  
      i = 40°
      r = 25°
      
      
      
• VOCABULAIRE
  
  Utilisons maintenant le disque optique avec un demi cercle en verre.
  Envoyons un rayon lumineux sur la surface plane (le rayon est envoyé sur le point milieu de cette face).
  
  
  
  Grâce au disque optique, nous pouvons mesurer les angles d'incidence et de réfraction.
  
  

i > r

Nous constatons donc que l'angle de réfraction est plus petit que l'angle d'incidence. Dans ce cas, on dit que le second milieu est plus réfringent que le premier milieu traversé et inversément : si r > i, alors le deuxième milieu est moins réfringent que le premier.
L'eau et le verre sont plus réfringents que l'air et l'eau est moins réfringente que le verre.

Lorsqu'un rayon lumineux passe d'un milieu A vers un milieu B plus réfringent, il se rapproche de la normale.
Si le milieu B est moins réfringent, il s'écarte de la normale.

3° Etude des lois de la réfraction

Le disque optique est muni d'un demi-cercle en verre ainsi que d'une source lumineuse. Le rayon lumineux passe de l'air dans le verre. Il passe donc d'un milieu moins réfringent vers un milieu plus réfringent. Mesurons différents î et r et complétons ce tableau !

î	r	sin ( î )	sin ( r )	sin ( î ) / sin ( r )
10°	6.5°	0.17365	0.11350	1.53
20°	12.5°	0.34202	0.21644	1.58
30°	19°	0.50000	0.32557	1.54
40°	25°	0.64279	0.42262	1.52
50°	30°	0.76604	0.50000	1.53
60°	34.5°	0.86603	0.56641	1.53
70°	37.9°	0.93969	0.61417	1.53
80°	40°	0.98480	0.64366	1.53

•  
  Le rayon incident, la normale et le rayon réfracté sont dans un même plan
  Quand on fait varier l'angle d'incidence, il existe un rapport constant entre les sinus des angles d'incidence et de réfraction. Ce rapport constant dépend toutefois des deux milieux considérés.
• Si l'angle d'incidence est de 0°, le rayon est perpendiculaire au dioptre et traverse les deux milieux sans être dévié.
  
  exercice : recherche de la valeur de l'angle de réfraction pour un angle d'incidence de 90°.
  
  
  Nous constatons que sin ( î ) / sin ( r ) = constante
  
  Première loi :
  
  Deuxième loi :
  
  

CES LOIS SONT APPELEES LOI DE SNELL - DESCARTES

•  
  •  
    avec c = 300000km/s et v = vitesse lumière dans le milieu.
  • n = c / v
• sin ( î ) / sin ( r ) = une constante qui est appelée indice de réfraction du second milieu par rapport au premier. On le symbolise par n.
  
  n = n2 / n1
  
  n1 et n2 étant les indices des milieux par rapport au vide.
  Ils ont été déterminés en comparant la vitesse de la lumière dans le milieu considéré et la vitesse de la lumière dans le vide (pour rappel : 300000 km/s).
  
  
  ex : n air = 1.0003
  n eau = 1.33 = 4/3
  n diamant = 2.42
  n verre (quartz fondu) = 1.46
  n plexiglas = 1.51
  
  FORMULE :

  n1 sin ( î ) = n2 sin ( r )

  Ceci nous montre également que si l'angle d'incidence est nul (rayon perpendiculaire au dioptre), l'angle de réfraction sera nul.
  
  Vous pouvez maintenant passer aux applications où le phénomène du bâton brisé vous est expliqué.
  retour au sommaire