La réfraction. – Avez-vous déjà remarqué qu'une petite cuillère plongée dans un verre d'eau...
Transcript of La réfraction. – Avez-vous déjà remarqué qu'une petite cuillère plongée dans un verre d'eau...
La réfraction
–Avez-vous déjà remarqué qu'une petite cuillère plongée dans un verre d'eau
paraît cassée...
• Lorsque la lumière passe d'un milieu dans un autre, elle est déviée. Ce
phénomène se nomme : réfraction de
la lumière.
Remarque :
• Chaque milieu transparent est caractérisé par une valeur que l'on appelle l'indice (noté n) qui n'a pas d'unité.
• Exemples : – L'air : n= 1,0– L'eau : n= 1,33– Le plexiglas : n=1,5– Le verre : n=1,6
Exemple : un rayon lumineux passe de l'air dans l'eau selon le schéma :
Air : n1=1,0
Eau : n2=1,33
• Le rayon qui traverse le premier milieu (noté milieu 1 d'indice n1) est appelé rayon incident.
• Pour connaître l'angle sous lequel le rayon lumineux arrive sur la surface de séparation entre les deux milieux, il faut tracer un trait que l'on nomme la normale.
• Pour tracer la normale (en pointillé), il faut tracer la perpendiculaire à la surface de séparation entre les deux milieux au point où arrive le rayon incident.
Schéma :
Air : n=1,0
Eau : n=1,33
La normale
Rayon incident
• L’angle d’incidence (noté généralement i ou i1) est l’angle entre le rayon incident et la normale.
Schéma :
Air : n=1,0
Eau : n=1,33
i1
• Le rayon lumineux passe dans le milieu 2 (c’est-à-dire l’eau). On a un rayon appelé rayon réfracté.
• L’angle de réfraction (noté généralement r ou i2) est l’angle entre la normale et le rayon réfracté.
Schéma :
Air : n=1,0
Eau : n=1,33
rayon réfracté
Rayon incident
Angle de réfraction
Définition :
• Le plan contenant le rayon incident et la normale à la surface est appelé : le plan d’incidence.
• Le plan d’incidence est l’écran (ou la feuille où vous tracez les schémas).
Lois de Descartes :
• 1ère loi de Descartes : Le rayon réfracté est dans le plan d’incidence.
• 2ème loi de Descartes : L’angle d’incidence i1 et l’angle de réfraction i2 sont liés par la relation :
n1 × sin i1 = n2 × sin i2
avec : n1 : indice de réfraction du milieu 1
n2 : indice de réfraction du milieu 2
Remarque :
• Lorsqu’un rayon lumineux arrive perpendiculairement à la surface de séparation entre les deux milieux, il n’est pas dévié.
Milieu 2
Milieu 2
Milieu 1
Remarque :
• Lorsque l’on passe d’un milieu 1 (d’indice n1) à un milieu 2 (d’indice n2), on a :
i1 > i2 si n1 < n2i1 < i2 si n1 > n2.
• Lorsque n1 > n2, si l’angle i1 est trop important, le rayon lumineux n’est plus réfracté, il est réfléchi et ne peut pas passer dans le milieu 2.
Exercice 1 :
• Un rayon lumineux passe du verre dans l’air. L’angle de réfraction est r = 80,0°. Calculer l’angle d’incidence i en prenant n(air) = 1,0 et n(verre) = 1,6.
Faire un schéma de la situation.
Réponse :
• On applique la loi de Descartes :
n1 × sin i = n2 × sin r
→ 1,6 × sin i = 1,0 × sin 80,0
→ sin i = 0,62 donc : i = 38°.
Exercice 2 :
• Calculer l’indice du plexiglas :
51°51°
air
plexiglas
51°
25°
Correction :
• L’angle d’incidence (entre le rayon incident et la normale) est : 90 -51 = 39°
• D’après la loi de Descartes :
n1 × sin i1 = n2 × sin i2
Donc : 1 × sin 39 = n2 × sin 25
On obtient : n2 = 1,49.
Exercice 3 : soit l’expérience :
i
r
• Le demi cylindre est en plexiglas (on prendra n(plexiglas) = 1,5.
1) Pourquoi le faisceau de lumière arrivant sur la face arrondi du cylindre n’est pas dévié lorsqu’il traverse la séparation entre l’air et le plexiglas ?
2) Le rayon arrive sur la surface de séparation plane. Calculer l’angle de réfraction r pour un angle d’incidence i = 30° .
3) Même question que 2) pour i = 60°.
Réponse :
• Question 1 : lorsque la surface de séparation n’est pas plane. Il faut tracer la tangente au point où arrive le rayon. Cette tangente correspond à la surface de séparation en ce point.
• En traçant la normale, on constate qu’elle est confondue avec le rayon incident donc le rayon arrive perpendiculairement à la surface de séparation donc le rayon n’est pas dévié.
i
r
tangente
• Question 2 :On trouve d’après Descartes : 1,5 × sin 30 =
1,0 × sin r donc : r = 48,6°.• Question 3 :• On trouve d’après Descartes : 1,5 × sin 60
= 1,0 × sin r donc : sin r = 1,3 > 1. Ce n’est pas possible donc il n’y a pas de rayon réfracté. Le rayon est réfléchi.
Quelques liens pour s’entraîner sur la réfraction :
• http://helium4.fr/quiz/dispersion/• http://ww3.ac-poitiers.fr/voir.asp?p=sc_phy
s/tournier/secondes/physique/Optiq/optiq.htm
FIN