Réfraction et dispersion dans l`atmosphère

Ch 03
Réfraction et dispersion dans l’atmosphère
I. la réfraction de la lumière : Les lois de Snell-Descartes
A. Vocabulaire
Réfraction : Un rayon lumineux change de direction quand il passe d’un milieu (l’air par exemple) à un autre
milieu (l’eau…)
Dioptre : Surface de séparation entre 2 milieux. (Surface de l’eau, face d’un aquarium…)
Angles :
Angle de réflexion
Angle d’incidence
Angle de réfraction
B. Les lois de Descartes relatives à la réfraction
1. Première loi de Descartes
Le rayon réfracté appartient au plan d’incidence.
Le plan d’incidence est le plan contenant le rayon incident et la perpendiculaire (ou normale) à la surface au
point d’incidence.
2. Deuxième loi de Descartes
Le rayon réfracté et le rayon incident sont situés de part et d’autre de la normale au dioptre
3. Troisième loi de Descartes
Pour un rayon passant du milieu d’indice n1 au milieu d’indice n2, les angles d’incidence i1 et de
réfraction i2 sur le dioptre ½ obéissent à la loi :
n1 sin i1 = n2 sin i2
n est sans dimension. Si le milieu 1 est le vide alors n1 = 1,0
L’indice de l’air est sensiblement égal à 1,0
II. La dispersion de la lumière blanche par un prisme
a. Lumière monochromatique : l’indice de réfraction n caractérise une matière transparente
Soient c la vitesse de la lumière dans l’air et v la vitesse de la lumière dans le milieu transparent.
c
n = v L’indice de réfraction n, est un nombre sans unité, toujours supérieur ou égal à 1.
Quelle est la vitesse de la lumière dans l’eau d’indice n =1,33 ?
c
c 3,00×108
n = v soit v = n = 1,33 = 2,26×108 m·s-1
b. Lumière polychromatique : pour une matière transparente dispersive, l’indice de
réfraction dépend de la couleur de la lumière.
Quand le milieu est dispersif, les rayonnements violets vont moins vite et sont donc plus déviés que les
rayonnements rouges.
Dans un prisme, il y a deux réfractions ce qui accentue la dispersion.
III. L’arc en ciel
Pour observer un arc en ciel, il faut avoir la pluie devant soi et le Soleil dans le dos. L’indice de réfraction de
l’eau varie de 1,336 pour le violet à 1,330 pour le rouge. Les gouttes d’eau dispersent la lumière solaire.
Le rouge, moins dévié est à l’extérieur.
Normale au
point d’incidence
Rayon incident
Rayon réfléchi
Angle
d’incidence
Angle
de réflexion
point d’incidence
dioptre
Rayon réfracté
Angle
de
réfraction