CH1 Observation des astres

Observation des Astres
1
CH1 PRISME ET LUMIERE
Action d’un prisme
1. APPROCHE HISTORIQUE
Document: « Newton et les couleurs ».
2. OBSERVATIONS
Expérience: LASER ou lumière blanche + prisme + écran (voir www.ostralo.net/Animations en physique/Optique).
Après passage dans le prisme, la lumière est déviée vers la base. Pour la lumière blanche, on observe en plus un
étalement des couleurs. La lumière blanche est décomposée par le prisme.
La figure colorée obtenue sur un écran (E) placé après le prisme est appelée spectre.
Pourquoi le prisme disperse-t-il la lumière blanche ?
1. NATURE DE LA LUMIERE
a. monochromatique – polychromatique
Le rouge du LASER est une lumière ou radiation monochromatique. Elle ne se décompose pas.
La lumière blanche, par contre, est composée de plusieurs radiations. Elle est dite polychromatique et se
décompose.
b. Longueur d’onde d’une radiation monochromatique
Une lumière ou radiation monochromatique est une onde qui se propage dans les milieux transparents.
(Voir www.ostralo.net/Animations en physique/Ondes)
n
Base
Face
d'entrée
Face de
sortie
Angle du prisme
n
LASER
n
Lumière
Blanche
Milieu homogène
et transparent
(E)
(E)

Observation des Astres
2
A toute radiation monochromatique est associé un nombre appelé longueur d’onde. On le note  (unité : m).
2. REFRACTION DE LA LUMIERE
a. Que se passe-t-il à l’interface entre deux milieux ?
Le rayon lumineux change de direction.
Air
Eau
LASER
LASER=Light Amplified
by Stimulated Emission
of Radiation.

Observation des Astres
3
b. indice de réfraction n
Pour une radiation de longueur d'onde donnée , tout milieu transparent et homogène est caractérisé par un
nombre sans unité appelé indice de réfraction n. nest lié à la vitesse de propagation de cette radiation dans le
milieu.
v étant la vitesse de propagation de la radiation de longueur d’onde dans le milieu considéré, on a 
 .
c = 3,00.108 m.s-1, vitesse de la lumière dans le vide ou l’air quel que soit ; v est toujours inférieure à c et donc
nest toujours supérieur à 1.
Ex :  = 590 nm (jaune) : neau = 1,33 à 20°C
 = 405 nm (violet) : neau = 1,34 à 20°C
nair = 1 quel que soit 
Rq :  = 590 nm (jaune) est la longueur d’onde de référence.
c. définition de la réfraction
On appelle réfraction le changement de direction que subit un rayon lumineux quand il traverse la surface séparant
deux milieux transparents d’indices de réfraction différents.
3. LES LOIS DE LA REFRACTION
a. Vocabulaire
b. 1ere loi de Descartes pour la réfraction
Le rayon incident et le rayon réfracté se propagent dans un même plan appelé plan d’incidence.
c. 2eme loi de Descartes pour la réfraction
Attention ! i1 et i2 sont en degrés et non en radians dans cette expression !
d. Quelques remarques
(i) Rayon incident et rayon réfracté sont toujours situés de part et d'autre de la normale.
(ii) Un rayon incident arrivant perpendiculairement au dioptre n'est pas dévié.
(iii) Si n1 < n2, le rayon lumineux se "rapproche" de la normale après la traversée du dioptre.
i1
i2
Normale
Dioptre
Rayon
incident
Rayon
réfracté
I
I: point d'incidence
i1 : angle d'incidence
i2 : angle de réfraction
n1
n2
n1
n2
i1
i2
Dioptre
Normale
n2 > n1  i1 > i2
n1.sin(i1) = n2.sin(i2)

Observation des Astres
4
(iv) Si n1 > n2, le rayon lumineux "s'éloigne" de la normale après la traversée du dioptre.
4. DISPERSION DE LA LUMIERE BLANCHE PAR UN PRISME
L'angle de réfraction d'une radiation dépend de l'indice de réfraction du milieu traversé.
L'indice de réfraction d'un milieu homogène et transparent dépend de la longueur d'onde de la radiation qui le
traverse.
Donc l’angle de réfraction dépend de la longueur d'onde de la radiation.
Plus sa longueur d'onde est petite, plus une radiation est déviée par rapport au rayon incident. Une lumière
polychromatique est donc décomposée.
La face d'entrée d’un prisme provoque une 1ere déviation de la lumière incidente. Les radiations sont séparées une
1ere fois.
Au passage de la face de sortie, la lumière est à nouveau déviée, ce qui sépare les radiations encore plus. La lumière
incidente subit donc une importante décomposition.
5. OBSERVATION D’UN ARC-EN-CIEL
Document : « Qu’est-ce qu’un arc-en-ciel ».
Rq : Mélomane averti, Newton, lors de ses études sur la lumière, décréta, par analogie avec la gamme musicale,
qu’un arc-en-ciel serait constitué de 7 couleurs : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet.
n1
n2
i1
i2
Dioptre
Normale
n2 < n1  i1 < i2