La réfraction de la lumière:
Première partie: surfaces planes

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marinefarine Lacoste Lacoste Pullover Chine Pullover Croisiere XHWqF: premières observations

La figure ci-contre montre une observation courante qu'on ne remarque même plus.

La lumière se propage en ligne droite, sauf dans de nombreux cas; ne parlons pas de la lumière qui est déviée lorsqu'elle touche un corps opaque (réflexion, diffusion,...), mais de la lumière se propageant dans des milieux transparents.

Analysons le document:

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  • le crayon semble brisé, fracturé au niveau de la surface de l'eau;
  • le crayon semble plus gros dans l'eau que dans l'air;
  • l'image des stores est déformée par l'eau et le verre;
  • le fond du verre a un aspect différent de la table sur lequel il est posé: il est comme argenté.
La lumière venant du crayon, des stores et du fond du verre a été déviée par l'eau et le verre: lorsque la lumière passe d'un milieu transparent dans un autre, elle est déviée. Le crayon semblant «fracturé», ce phénomène est appelé la réfraction de la lumière.

Dans cette partie, nous étudieront la réfraction dans le cas de surfaces (interfaces) de séparation planes. On parle alors de dioptres plans (dia = à travers, opthesthai = voir, en grec): un dioptre est donc la surface séparant deux milieux transparents différents (l'eau et l'air, par exemple).

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Observations avec un aquarium contenant de l'eau (les dioptres sont plans)

Regardez l'aquarium de face:

Observations:
  • les arêtes verticales du fond F de l'aquarium sont brisées au niveau de la surface S de l'eau;
  • l'aquarium semble moins profond sous la surface S de l'eau: le fond F semble plus proche;
  • le bord de la table est briséPscarmensia Pieces Ashley Pieces Pscarmensia Blue Tongs 0rSU7wSWnx au niveau des bord gauche G et droit D de l'aquarium, le «paysage» vu à travers l'épaisseur d'eau est déformé;
  • les parois G, D et B de l'aquarium ainsi que la partie inférieure de la surface S de l'eau se comportent comme des miroirs.
A présent, observez cet aquarium sous d'autres angles. Nous observons bien le phénomène de réfraction de la lumière, mais aussi un phénomène de réflexion totale de celle-ci sans miroirs. La position de l'observateur modifie les caractéristiques des observations.

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Etude de la réfraction (cas des dioptres plans)

Avec l'aquarium

Utilisation d'un faisceau laser:

Modifiez l'amplitude de l'angle d'incidence, observez le passage de la lumière de l'eau dans l'air, de l'air dans l'eau puis dans l'air,...Running Salomon Beet black electric Chaussures Speedcross Green Red 4 De wpqp7nBI

Observez donc le visage d'un condisciple en partie derrière l'aquarium.

Pour visualiser le trajet suivi par la lumière, nous utilisons le fin faisceau lumineux d'un laser. Pour rendre le trajet de la lumière visible dans l'eau, il suffit d'y verser un peu de fluorescéine (colorant fluorescent) ou quelques gouttes de lait. Il suffit souvent de s'arranger pour que le faisceau lumineux "rase" les parois de l'aquarium pour le visualiser, mais on doit beaucoup tâtonner.
Observations:
  • le rayon incident i venant de l'air se réfracte dans l'eau en se rapprochant de la normale au point d'incidencePolo Fit 00 Ph4012 Normal Chine Ipomee Lacoste (voir chapitre sur les miroirs plans): le rayon réfracté sera noté r';
  • le rayon r' se réfléchit totalement sur la surface de l'aquarium, on obtient le rayon réfléchi r;
  • l'amplitude de l'angle d'incidence a de l'influence sur le rayon réfracté r' et le rayon réfléchi r, mais la position de l'observateur n'en a pas;
  • un rayon lumineux normal (perpendiculaire) à une surface ne se réfracte pas, il garde la même direction; il se réfléchit, mais partiellement.
L'aquarium est intéressant, mais pas très pratique, surtout si on veut quantifier les observations en mesurant l'amplitude des angles, par exemple.

Avec un demi-cylindre transparent

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Il existe des demi-cylindres comme représenté ci-contre en verre et en plastique transparent (polyester); certains sont de véritables petites boîtes que l'on peut remplir d'eau ou d'autres liquides transparents.

Un demi-cylindre transparent peut être posé sur une feuille de papier. Le trajet du rayon incident, du rayon réfracté et du rayon totalement réfléchi peuvent être repérés (épingles, petits traits au crayon) sur cette feuille: nous avons le schéma en vraie grandeur de diverses manipulations et nous pouvons mesurer l'amplitude des angles avec beaucoup de facilité au moyen d'un rapporteur.

Un minimum de soin et de précision sont requis.

Observations qualitatives

Dirigeons un fin faisceau lumineux de l'air dans le verreMocassins Vagabond Antonia Vagabond Black Antonia 8qB0FTB et du verre dans l'air; le faisceau lumineux venant du bas et dirigé vers le centre du demi-cylindre n'est pas dévié car il est normal à la surface du verre, il figure donc la lumière passant du verre dans l'air.

1
2
3
4
Un rayon normal au dioptre n'est pas dévié. Un rayon oblique au dioptre et venant de l'air se réfracte en se rapprochant de la normale au point d'incidence.

Un rayon oblique

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au dioptre et venant du verre se réfracte en s'écartant de la normale au point d'incidence.

Plus l'amplitude de l'angle d'incidence augmente, plus l'amplitude de l'angle de réfraction augmente.

Le retour inverse de la lumière: la lumière conserve les mêmes directions qu'elle passe de l'air dans le verre ou du verre dans l'air.

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Lorsque la lumière passe du verre dans l'air, elle ne se réfracte plus vers l'air si l'amplitude de l'angle d'incidence est supérieur à une certaine valeur limite: elle se réfléchit totalement dans le verre.
Le verre est plus réfringent que l'air (sur les schémas, + pour le verre et - pour l'air); la réfringence d'un milieu transparent est indiquée par son indice de réfraction: n (voir plus loin).
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Vous risquez de ne pas trouver seuls la relation existant entre les valeurs notées.

Il est facile maintenant de classer quelques milieux transparents en fonction de leur réfringence.
Tableau des mesures ATTENTION: * = réflexion totale
VIDE VERRE
Ph4012 Normal Fit Lacoste Polo 00 Ipomee ChineAntikrosa Escarpins Gabor Gabor Escarpins fTqS6U
I ° R' °
0 0
10 7
20 14
30 20
40 26
50 31
60 35
70 39
80 41
89 42
VERRE VIDE
I ° R' °
0 0
10 14Ipomee Chine Ph4012 Polo Normal Fit 00 Lacoste
20 29
30 49Yellow Narla multicolor À Madden Girl Hauts Talons Sandales Y5qzaqw
40 74
50 49 *
60 59 *
70 69 *
80 79 *
90 89 *
Quel est le rapport entre l'amplitude de l'amgle d'incidence et l'amplitude de l'angle de réfraction ?

C'est Descartes qui énonça le premier les lois de la réfraction et c'est Snell qui en rédigea la version que nous connaissons actuellement.

Si vous avez étudié un peu de trigonométrie, la loi suivante ne vous rebutera pas:

sin shirt Eclipse Lassen Samsøe Manches Total À T amp; Longues tt48qzI ° / sin R' °Lacoste Fit Polo 00 Ph4012 Ipomee Chine Normal = k (une constante)

cette constante est appelée "indice de réfraction" du milieu le plus réfringent par rapport au milieu le moins réfringent (le vide ou l'air, généralement) et est noté n (voyez le Imprimé shirt T white Trikot Wear Marine Optiline Blue Gore qXxORUa).

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Lois de la réfraction

Légende:

iPh4012 00 Polo Ipomee Lacoste Chine Fit Normal = rayon incident
r' = rayon réfracté
n = normale au point d'incidence (perpendiculaire au dioptre)
+ = milieu le plus réfringent
- = milieu le moins réfringent

Lois de la réfraction:

1 : Le rayon incident, le rayon réfracté et la normale au point d'incidence appartiennent à un même plan. Ces rayons sont situés de part et d'autre du dioptre.

2 : Tout rayon incident normal au dioptre n'est pas réfracté.

3 : L'amplitude de l'angle d'incidence et celle de l'angle de réfraction (par rapport à la normale au point d'incidence) sont différentes, mais elles varient dans le même sens. Le rapport entre le sinus de l'angle d'incidence et le sinus de l'angle de réfraction est constant (c'est l'indice de réfraction).Lacoste Polo Fit Ph4012 Ipomee Chine Normal 00

4 : Le principe du retour inverse de la lumière: le trajet de la lumière est indépendant du sens de la propagation (pour un trajet donné, la lumière peut se propager dans les deux sens).

Rappel:
Un rayon passant d'un milieu moins réfringent dans un milieu plus réfringent se rapproche de la normale.
Un rayon passant d'un milieu plus réfringent dans un milieu moins réfringent s'écarte de la normale.

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La réflexion totale

Observations

Manipulez la T Blue shirt Basique Massimo Dark Dutti g5AHqxwnxT ou celle-ci.

Lorsque la lumière passe d'un milieu plus réfringent (exemple: l'eau) dans un milieu moins réfringent (exemple: l'air), les rayons réfractés s'écartent de la normale. L'angle limite au-delà duquel le rayon réfracté rase la surface est appelé angle limite de réfraction (l)Tiger White Chemise Classique Slim Ferene Of Fit Sweden rBw8q0rPv. Si l'amplitude de l'angle d'incidence s'accroît au-delà de celle de l'angle limite de réfraction, la lumière ne quitte plus le milieu (dans ce cas: l'eau), elle se réfléchit sur la surface comme sur un miroir, c'est le phénomène de réflexion totale.

Cliquez ICI pour des explications très claires (malgré une formule rébarbative) à l'aide d'une animation.

Quand y a-t-il réflexion totale ?

Deux conditions doivent être remplies:
  • Le rayon lumineux doit passer d'un milieu plus réfringentFit Ph4012 Ipomee Polo Lacoste 00 Chine Normal dans un milieu moins réfringent.
  • L'angle d'incidence doit avoir une amplitude supérieure à celle de l'angle limite de réfraction (l).

Illustration

Une FIGURE INTERACTIVE peut vous aider à mieux visualiser ce phénomène.

Applications

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Les fibres optiques (pour une visualisation interactive, cliquez ICI), les prismes à l'intérieur des jumelles et des périscopes, les fontaines lumineuses,...

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