La rfraction Avezvous dj remarqu quune petite cuillre

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 : n 1=1, 0 Eau : n 2=1, 33

• Le rayon qui traverse le premier milieu (noté milieu 1 d'indice n 1) 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 i 1) est l’angle entre le rayon incident et la normale.

Schéma : i 1 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 i 2) est l’angle entre la normale et le rayon réfracté.

Schéma : Rayon incident Air : n=1, 0 Eau : n=1, 33 Angle de réfraction rayon réfracté

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 i 1 et l’angle de réfraction i 2 sont liés par la relation : n 1 × sin i 1 = n 2 × sin i 2 avec : n 1 : indice de réfraction du milieu 1 n 2 : 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

Remarque : • Lorsque l’on passe d’un milieu 1 (d’indice n 1) à un milieu 2 (d’indice n 2), on a : Ø i 1 > i 2 si n 1 < n 2 Øi 1 < i 2 si n 1 > n 2. • Lorsque n 1 > n 2, si l’angle i 1 est trop important, le rayon lumineux n’est plus réfracté, il est réfléchi et ne peut 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 : n 1 × sin i = n 2 × 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 25°

Correction : • L’angle d’incidence (entre le rayon incident et la normale) est : 90 -51 = 39° • D’après la loi de Descartes : n 1 × sin i 1 = n 2 × sin i 2 Donc : 1 × sin 39 = n 2 × sin 25 On obtient : n 2 = 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.

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: //helium 4. fr/quiz/dispersion/ • http: //ww 3. acpoitiers. fr/voir. asp? p=sc_phys/tournier/seco ndes/physique/Optiq/optiq. htm

FIN