Réfraction de la lumière

La réfraction de la lumière se produit lorsqu'un rayon lumineux passe d'un milieu transparent à un autre. Chaque milieu est caractérisé par son indice de réfraction n, qui est sans unité.

Highlight: L'indice de réfraction du vide et de l'air est très proche de 1 (1,0003 pour l'air), tandis que tous les autres milieux ont un indice supérieur à 1.

La deuxième loi de Snell-Descartes pour la réfraction s'exprime par la relation :

n₁ x sin i = n₂ x sin r

où i est l'angle d'incidence et r l'angle de réfraction.

Definition: L'indice de réfraction d'un milieu est le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide et sa vitesse dans ce milieu.

Le comportement du rayon réfracté dépend des indices de réfraction des milieux :

• Si n₂ > n₁, le rayon réfracté se rapproche de la normale
• Si n₂ < n₁, le rayon réfracté s'écarte de la normale

Example: La réfraction de la lumière explique pourquoi un bâton plongé dans l'eau semble brisé à la surface.

Dans certains cas, lorsque la lumière passe d'un milieu plus réfringent à un milieu moins réfringent, il peut se produire une réflexion totale. Ce phénomène est utilisé dans la fibroscopie.

Vocabulary: La fibroscopie est une technique médicale utilisant des fibres optiques pour visualiser l'intérieur du corps humain.

La détermination de l'indice de réfraction d'un milieu est une application importante des lois de Snell-Descartes en optique et en chimie.

Propagation de la lumière

La lumière se propage en ligne droite dans un milieu transparent et homogène, depuis la source jusqu'à l'observateur. Son trajet est modélisé par un rayon lumineux représenté par une droite fléchée.

Highlight: La vitesse de la lumière, appelée célérité, est de c = 3,0 x 10^8 m/s $soit 300 000 km/s$, bien supérieure à la vitesse du son qui est de 340 m/s.

Vocabulary: Un milieu transparent est un milieu qui laisse passer la lumière, comme l'air ou l'eau.

Les lois de Snell-Descartes

Les lois de Snell-Descartes décrivent le comportement de la lumière lors de la réflexion et de la réfraction. Elles s'appliquent lorsqu'un rayon lumineux rencontre une surface séparant deux milieux d'indices de réfraction différents.

Definition: Le plan d'incidence est le plan contenant le rayon incident et la normale à la surface au point d'incidence.

Pour la réflexion, la première loi de Snell-Descartes stipule que le rayon réfléchi et le rayon incident sont dans le même plan d'incidence et que l'angle de réflexion est égal à l'angle d'incidence.

Example: Un miroir illustre parfaitement la loi de la réflexion. Pour se voir correctement, on se place face au miroir de sorte que l'angle d'incidence soit nul.