Réfraction et loi de Snell-Descartes
La lumière change de direction quand elle passe dans un milieu où elle va à une autre vitesse. Au-delà de l'angle limite, elle ne peut plus sortir.
Angle de réfraction en fonction de l'angle d'incidence
Mesures
Ce qui se passe
La lumière ralentit dans un milieu plus réfringent, d'un facteur n appelé indice de réfraction, et ce changement de vitesse dévie le rayon à la surface de séparation. En entrant dans un milieu plus réfringent, il se rapproche de la normale ; en sortant, il s'en éloigne. La loi de Snell-Descartes relie les deux angles.
Quand la lumière sort d'un milieu plus réfringent, l'angle de réfraction atteint 90° à l'angle limite ; au-delà, plus aucune lumière ne passe et tout le rayon est réfléchi. Cette réflexion totale permet aux fibres optiques de guider la lumière dans les virages. Une partie de la lumière est toujours réfléchie, et cette part augmente fortement aux angles rasants.
- Loi de Snell-Descartesn₁ sin i₁ = n₂ sin i₂
- Angle limitesin λ = n₂ / n₁
- Vitesse de la lumière dans un milieuv = c / n
Au programme
- Collège et seconderéfraction de la lumière
- Lycée physique-chimieindice de réfraction, lois de Snell-Descartes, angle limite et fibre optique
Défi
Prédis d'abord : la lumière passe du verre (n = 1,50) à l'air. À partir de quel angle d'incidence le rayon ne sort-il plus ? Calcule sin λ, puis fais glisser le rayon jusqu'à ce qu'il disparaisse.
sin λ = 1,00 / 1,50, donc λ = 41,8°. En dessous de 41,8°, une partie de la lumière sort dans l'air ; au-dessus, il y a réflexion totale.
Apprends-le pour de bon
Des leçons de GCSE Combined and Separate Science sur ce sujet : des étapes détaillées, puis des questions type examen avec de nouveaux nombres à chaque fois. Les leçons sont en anglais.
- Reflection, and the glass block practicalLenses, visible light, sound and black bodiesGratuit
- Reflection and refractionWaves and the electromagnetic spectrumPlus
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Questions fréquentes
Comment trouver l'indice de réfraction à partir de deux angles ?
Réarrange la loi de Snell-Descartes : n2 = n1 sin i1 / sin i2. Une lumière qui passe de l'air (n = 1,00) au verre sous 40° et se réfracte à 25,4° donne n2 = 0,643 / 0,429 = 1,50. Choisis Indice de réfraction dans Calculer pour voir chaque étape.
Pourquoi la lumière est-elle déviée en entrant dans le verre ?
La lumière va moins vite dans le verre que dans l'air. Le côté du faisceau qui atteint le verre en premier ralentit en premier, donc le faisceau tourne vers la normale. La déviation dépend du rapport des deux indices de réfraction.
Qu'est-ce que l'angle limite ?
C'est l'angle d'incidence, dans le milieu le plus réfringent, pour lequel le rayon réfracté rase la surface à 90°. Du verre vers l'air il vaut 41,8°, de l'eau vers l'air 48,8° et du diamant vers l'air 24,4°.
Quand y a-t-il réflexion totale ?
Seulement quand la lumière passe d'un milieu d'indice plus grand vers un milieu d'indice plus petit, avec un angle d'incidence supérieur à l'angle limite. Toute la lumière est alors réfléchie à l'intérieur.
Pourquoi un diamant brille-t-il autant ?
Le diamant a un indice très élevé (2,42), donc son angle limite n'est que de 24,4°. La plupart de la lumière qui entre reste piégée et rebondit à l'intérieur avant de ressortir par le dessus.