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2DE : PROPAGATION, REFLEXION, RÉFRACTION DE LA LUMIÈRE

dimanche 14 novembre 2021, par Oscillo&Becher


PROPAGATION, REFLEXION, RÉFRACTION DE LA LUMIÈRE

PROPAGATION, REFLEXION, RÉFRACTION DE LA LUMIÈRE

1. PROPAGATION RECTILIGNE DE LA LUMIÈRE. MODÈLE DU RAYON LUMINEUX :

  • Lien de vidéo :

  • Dans un milieu homogène, la lumière se propage en ligne droite.

ModeleRayonLumineux.png

  • On parle de propagation rectiligne de la lumière dans un milieu homogène
  • Dans le vide, la lumière se déplace plus rapidement (C = 300 000 \(km.s^{-1}\) = \(3 \times 10^{8}\) \(m.s^{-1}\)) que dans la matière. La vitesse de la lumière dans le vide correspond à une constante fondamentale C de la physique.
  • Dans l’eau par exemple, la lumière se propage à une vitesse moindre, à v = \(2.25 \times 10^{8}\) \(m.s^{-1}\)..

LumiereEau.png

2. CAS D’HÉTÉROGÉNÉITÉ : CHANGEMENT DE MILIEU :

  • Quand la lumière change de milieu de propagation, elle peut subir plusieurs phénomènes :
    • Un changement de direction dans le milieu initial, c’est la réflexion.
    • Un changement de direction dans le nouveau milieu, c’est la réfraction.
    • Une décomposition en ses éventuelles composantes colorées, c’est la dispersion.

ReflexionRefraction.png

3. Milieux transparents. Indice de réfraction n

  • Si donc la lumière peut se propager dans le vide à la célérité C, elle peut aussi se propager dans des milieux dits« transparents » à la célérité v.
  • Dans un milieu matériel transparent, la lumière (les ondes électromagnétiques OEM de manière générale) ne se propagent jamais aussi vite que dans le vide.

On a donc v \(<\) C

3.1. Indice de réfraction n

On peut définir l’indice de réfraction \(n_{i}\) d’un milieu transparent i comme:

\(n_{i} = \dfrac{C}{v_{i}}\)

avec :

  • \(v_{i}\) : célérité de l’onde dans le milieu transparent i (en \(m.s^{-1}\))
  • C : célérité de l’onde dans le vide (en \(m.s^{-1}\))
  • \(n_{i}\) : indice de réfraction du milieu transparent i

Exemple : Dans l’eau par exemple, la lumière se propage à une vitesse v = \(2.25 \times 10^{8}\) \(m.s^{-1}\). En déduire la valeur de l’indice de réfraction de l’eau \(n_{eau}\)

3.2. Quelques valeurs d’indices de réfraction

milieu air plexiglas verre glycérol eau diamant
n 1,00028 1,50 1,50 1,50 1,33 2,50

Pourquoi, d’après le tableau précédent, peut-on dire que la célérité de la lumière dans l’air est quasiment égale à la célérité de la lumière dans le vide ?

4. Lois de Snell-Descartes

schemaLois.png

4.1. à propos de la réflexion (\(i_{1}\) est l’angle incident, \(r\) est l’angle réfléchi)

\(i_{1} = r\)

4.2. à propos de la réfraction (\(i_{1}\) est l’angle incident, \(i_{2}\) est l’angle réfracté)

\(n_{1}\times sin(i_{1}) = n_{2}\times sin(i_{2})\)

4.3. Application

  • Simulation DÉVIATION DE LA LUMIÈRE Menu INTRO
  • Choisir :

    • Milieu 1 : l’air ; milieu 2 : plexiglas
    • Régler le rayon laser tel que \(i_{1}\) = 50°
    • Mesurer r et \(i_{2}\)
    • Si on remplace le plexiglas par de l’eau en maintenant \(i_{1}\) = 50°, comment prévoir, par le calcul, la nouvelle valeur de \(i_{2}\) ?

5. Vers l’invisibilité

6. L’expérience d’Archimède

Created: 2021-11-14 dim. 11:52

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