CH1 Observation des astres
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Observation des Astres 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). (E) Angle du prisme LASER n Face d'entrée Face de sortie Milieu homogène et transparent n Base (E) Lumière Blanche n 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) 1 Observation des Astres 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 ? LASER Air Eau LASER=Light Amplified by Stimulated Emission of Radiation. Le rayon lumineux change de direction. 2 Observation des Astres 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. nest lié à la vitesse de propagation de cette radiation dans le milieu. c v étant la vitesse de propagation de la radiation de longueur d’onde dans le milieu considéré, on a nλ = . vλ 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 nest 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 Normale Rayon incident i1 n1 I: point d'incidence i1 : angle d'incidence i2 : angle de réfraction I Dioptre n2 i2 Rayon réfracté 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 n1.sin(i1) = n2.sin(i2) Attention ! i1 et i2 sont en degrés et non en radians dans cette expression ! d. Quelques remarques (i) (ii) (iii) Rayon incident et rayon réfracté sont toujours situés de part et d'autre de la normale. Un rayon incident arrivant perpendiculairement au dioptre n'est pas dévié. Si n1 < n2, le rayon lumineux se "rapproche" de la normale après la traversée du dioptre. Dioptre Normale i1 n1 n2 i2 n2 > n 1 i 1 > i 2 3 Observation des Astres (iv) Si n1 > n2, le rayon lumineux "s'éloigne" de la normale après la traversée du dioptre. Dioptre Normale i1 n2 n1 i2 n2 < n 1 i 1 < i 2 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. 4
