La fibroscopie pour voir à l’intérieur du corps Objectifs : Découvrir les phénomènes de réflexion, réfraction et réflexion totale Expliquer pourquoi la lumière peut rester confinée dans le cœur d’une fibre optique. Le fibroscope est un tuyau souple permettant d'explorer l'intérieur du corps. Il contient des fibres optiques qui ont la propriété de conduire la lumière. Une fibre optique est un fin tuyau constitué d'un coeur entouré d'une gaine. Le cœur et la gaine sont fabriqués avec des matériaux transparents choisis de telle sorte que la lumière a une vitesse plus faible dans le coeur que dans la gaine. Lorsque la fibre est éclairée à une extrémité, la lumière est transmise à l'autre extrémité en restant confinée dans le coeur de la fibre, quelle que soit la courbure de celle-ci. Dans un fibroscope, les fibres optiques permettent d'éclairer la zone à explorer et d'en transmettre une image. Alors que la fibre optique est constituée de matériaux transparents, comment la lumière y reste-t-elle piégée ? I. Etude de document Le tableau suivant donne la vitesse de la lumière dans différents milieux transparents : 1°) Quelle proposition des élèves ci-dessus peut-on facilement rejeter en s'appuyant sur des observations de la vie quotidienne et sur les données du tableau ? II. Quand la lumière passe de l’air au plexiglas Réaliser l’expérience suivante : Allumer la lanterne et disposer le plateau tournant faisant office de rapporteur afin que le faisceau lumineux passe sur l'axe (0° - 0°) du rapporteur. Installer le bloc de plexiglas demicylindrique afin d’étudier le passage de la lumière à travers la surface de séparation plane ; faire tourner le plateau d’environ 40° (angle i représenté sur la figure). Faire ensuite varier i de 0 à 90° tout en observant la situation. Observer et interpréter : 2°) Que devient le faisceau lumineux après avoir atteint l'interface air-plexiglas? 3°) Compléter la figure ci-dessous en traçant: - en pointillés, la droite, appelée normale (N). orthogonale en I à l'interface air-plexiglas, - les rayons de lumière observés. 4°) L'un d'eux est appelé rayon réfléchi et l'autre rayon réfracté. Identifier ces rayons sur le schéma. 5°) L'angle d'incidence est l'angle i entre le rayon incident et la normale (N). Indiquer î sur le schéma. À quelle condition un rayon est-il transmis sans être dévié ? III.Quand la lumière passe du plexiglas à l’air Réaliser l’expérience suivante : Placer le demi-cylindre de plexiglas pour que la lumière arrive sur sa surface plane après avoir traversé le verre. Faire varier l’angle d’incidence de 0 à 90°. Observer et interpréter : 6°) Existe-t-il toujours un rayon réfléchi ? un rayon réfracté ? 7°) Quelles sont les conditions nécessaires pour que le rayon réfracté ne soit plus observé lorsque la lumière change de milieu ? 8°) Que devient alors le rayon incident ? IV. Conclusion 9°) Expliquer comment la lumière peut rester confinée dans le cœur d’une fibre optique.