Application :
Un rayon laser se propage dans l’eau et arrive sur la surface de séparation eau- air sous un angle d’incidence i1 = 30°.
On donne : n(eau) = 1,33 n(air) = 1,00
a) Déterminer l’angle de réfraction i2 du rayon émergeant dans l’air.
Milieu 1 = eau Milieu 2 = air donc n1 = 1,33 et n2= 1,00
n1 sin i1 = n2 sin i2 donc sin i2 = (n1 sin i1 ) / n2
sin i2 = (1,33 x sin (30° ) / 1,00 =0,665
d’où i2 41,68232… d’où i2 42°
b) On fait maintenant varier i1. Pour quelle valeur de i1 aura t-on i2 = 80° ?
n1 sin i1 = n2 sin i2 donc sin i1 = (n2 sin i2 ) / n1
sin i1 = (1,00 x sin (80° ) / 1,33 =0,740456…
d’où i1 47,7703…d’où i1 48°
Remarques :
Soit un rayon lumineux qui passe d’un milieu d’indice n1 à un milieu d’indice n2 :
- Si n1 < n2, la lumière passe vers un milieu plus réfringent : le rayon réfracté se rapproche de la normale. (i1 > i2)
- Si n1 > n2, la lumière passe vers un milieu moins réfringent : le rayon réfracté s’éloigne de la normale. (i1 < i2)
Dans ce cas, il existe un angle limite (ilim) au delà duquel il n’y a plus de réfraction mais uniquement réflexion :
on parle de réflexion totale (fibre optique, fontaine lumineuse …)
III – REFRACTION ET DISPERSION
Le prisme est appelé système dispersif car il sépare les radiations constituant une lumière polychromatique.
Les radiations correspondant aux petites longueurs d’onde (violet et bleu) sont plus déviées par un prisme.
ACTIVITE : LA REFRACTION ET LA DISPERSION DANS UN PRISME.
Un rayon de lumière blanche arrive à la surface d’un prisme équilatéral en verre sous un angle d’incidence de 60° (voir
schéma en bas de la page)
L’objectif est de tracer, pour les radiations bleue et rouge, le trajet de la lumière à travers le prisme sachant que :
pour la radiation bleue ( = 450nm) on a n(verre) = 1,7
pour la radiation rouge ( = 700nm) on a n(verre) = 1,6
Calculs à effectuer avant de tracer les rayons réfractés:
1ère face rencontrée par le rayon lumineux :
- Donner la loi de Descartes sur les angles sur cette première face :…
- En déduire les valeurs des angles de réfraction pour les radiations bleue et rouge :
sin i2B = … sin i2R =…
sin i2B …
sin i2R …
donc i2B … i2R …
- Tracer ensuite les rayons réfractés par la 1ère face.
2ème face rencontrée par le rayon lumineux :
Ces nouveaux rayons deviennent des rayons incidents pour la deuxième face.
- Tracer les normales de la face 2 nécessaires.
- Quels sont les nouvelles valeurs des angles d’incidence pour les radiations bleue et rouge ?
i’1B =… i’1R = …
- Donner la loi de Descartes sur cette deuxième face :…
- En déduire les valeurs des angles de réfraction pour les radiations bleue et rouge :
sin i’2B =... sin i’2R =...
sin i’2B … sin i’2R …
donc i’2B … i’2R …