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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 :.
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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 : Rayon incident Air : n=1,0 Eau : n=1,33 La normale
L’angle d’incidence (noté généralement i ou i1) est l’angle entre le rayon incident et la normale.
Schéma : i1 Air : n=1,0 Eau : n=1,33
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 : Rayon incident Air : n=1,0 Eau : n=1,33 Anglederéfraction rayon réfracté
Définition : • Le plan contenant le rayon incident et la normale à la surface est appelé : le plan d’incidence. • Le pland’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 1 Milieu 2 Milieu 2
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 < n2 • i1 < 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° 51° air plexiglas 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.
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.
tangente i r
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_phys/tournier/secondes/physique/Optiq/optiq.htm
