Réflexion et Réfraction de la Lumière

Réponse :

La réflexion de la lumière est le phénomène par lequel la lumière, rencontrant une surface (comme un miroir), change de direction et retourne dans son milieu de propagation initial.

La réfraction de la lumière est le phénomène par lequel la lumière change de direction (est déviée) lorsqu'elle passe d'un milieu transparent à un autre milieu transparent (par exemple, de l'air à l'eau).

La normale à une surface est une droite imaginaire perpendiculaire à cette surface au point où le rayon lumineux l'atteint (le point d'incidence).

Réponse a) Angle d'incidence \(i_1\) :

L'angle d'incidence donné est \(i_1 = 35^\circ\).

Réponse b) Angle de réflexion \(r\) :

D'après la première loi de Snell-Descartes pour la réflexion, l'angle de réflexion \(r\) est égal à l'angle d'incidence \(i_1\).

L'angle de réflexion est de \(35^\circ\).

Réponse c) Dessin schématique :

Le dessin devrait montrer une surface plane (le miroir), une droite perpendiculaire à cette surface au point d'impact du rayon (la normale), le rayon lumineux arrivant sur le miroir (rayon incident) formant un angle de \(35^\circ\) avec la normale, et le rayon lumineux repartant du miroir (rayon réfléchi) formant également un angle de \(35^\circ\) avec la normale, de l'autre côté de celle-ci.

Réponse a) Milieux et réfringence :

Les deux milieux traversés sont l'air (milieu 1) et le verre (milieu 2).

L'indice de réfraction de l'air est \(n_{\text{air}} = 1,00\).

L'indice de réfraction du verre est \(n_{\text{verre}} = 1,50\).

Comme \(n_{\text{verre}} > n_{\text{air}}\), le verre est le milieu le plus réfringent.

Réponse b) Loi de Snell-Descartes pour la réfraction :

Réponse c) Calcul de \(\sin(i_2)\) :

Données : \(n_{\text{air}} = 1,00\), \(n_{\text{verre}} = 1,50\), \(i_1 = 45^\circ\), \(\sin(45^\circ) \approx 0,707\).

De la loi, on tire : \(\sin(i_2) = \frac{n_{\text{air}} \times \sin(i_1)}{n_{\text{verre}}}\)

La valeur de \(\sin(i_2)\) est environ \(0,4713\).

Réponse d) Détermination de l'angle de réfraction \(i_2\) :

On a \(\sin(i_2) \approx 0,4713\). On nous donne \(\sin(28^\circ) \approx 0,470\).

Comme \(0,4713\) est très proche de \(0,470\), on peut conclure que :

L'angle de réfraction \(i_2 \approx 28^\circ\).

Réponse e) Déviation du rayon lumineux :

L'angle d'incidence \(i_1 = 45^\circ\) et l'angle de réfraction \(i_2 \approx 28^\circ\). Comme \(i_2 < i_1\), le rayon lumineux est dévié en se rapprochant de la normale lorsqu'il passe de l'air au verre.

Ceci est cohérent : lorsque la lumière passe d'un milieu moins réfringent (air) à un milieu plus réfringent (verre), elle se rapproche de la normale.

Réponse :

Si un rayon lumineux passe d'un milieu plus réfringent (par exemple, l'eau, \(n_{\text{eau}} \approx 1,33\)) vers un milieu moins réfringent (par exemple, l'air, \(n_{\text{air}} \approx 1,00\)), le rayon lumineux sera dévié en s'éloignant de la normale. L'angle de réfraction sera plus grand que l'angle d'incidence (\(i_2 > i_1\)).