CÉLÉRITÉ ET INDICE

T BEP
date :
CÉLÉRITÉ ET INDICE
Dans un milieu optique homogène, isotrope et transparent, la lumière se propage en ligne droite. On
parle de la propagation rectiligne de la lumière.
I- Propriétés optiques d'un milieu
Les milieux se distinguent par leurs propriétés optiques.
Milieu homogène : sa constitution est la même en tout point.
Milieu isotrope : les propriétés physiques sont les mêmes dans toutes les directions.
Milieu diffusant ou translucide : la lumière se propage de façon désordonnée dans toutes
les directions.
Milieu dispersif : la lumière est décomposée et transmise dans des directions différentes.
Milieu transparent : la lumière le traverse sans subir de dispersion et de diffusion.
Milieu absorbant : la lumière cède tout ou partie de son énergie.
Milieu opaque : la lumière ne peut le traversé (grand pouvoir absorbant).
II- Célérité de la lumière
La propagation de la lumière est optimum dans le vide.
La célérité c0 de la lumière dans le vide définie par la communauté scientifique en 1972 a pour
valeur 299 792 458 ± 1,2 m/s
Dans les calculs courants, la valeur arrondie est c0  300 000 km/s soit c0  3  10 8 m.s– 1.
Remarques :
1. La célérité correspond à la "vitesse" de propagation de la lumière.
2. La lumière ne nécessite pas un milieu matériel pour se propager contrairement au son.
3. La célérité dans le vide est la vitesse limite au-delà de laquelle aucune particule et aucun
rayonnement ne peut se propager.
gaz
célérité (  108 m.s– 1)
Les célérités sont très proches de celle dans le
Hydrogène
2,997 58
vide. On considérera souvent 3  10 8 m.s– 1.
0xygène
2,997 20
Air
2,997 12
Azote
2,997 10
Chlore
2,997 68
Propagation dans les gaz
Propagation dans les liquides ou les solides
Les interactions sont importantes entre le rayonnement électromagnétique et les espèces
chimiques constituants le milieu de propagation.
Ph. Georges
Sciences
1/2
Solides
célérité (  108 m.s– 1)
célérité (  108 m.s– 1)
Liquides
Glace
2,29
Eau à 60°C
2,262 4
Plexiglass
2,00
Eau à 20°C
2,252 3
Sucre
1,95
Eau à 0°C
2,249 0
Chlorure de sodium
1,94
Éther
2,209 1
Quartz
1,94
Alcool
2,202 6
Verre ordinaire
1,97
Glycérine
2,040 8
Spath d'Islande
1,81
Benzène
2,000 0
Diamant
1,21
Eau salée saturée
1,904 8
III- Indice de réfraction
L'indice optique ou indice de réfraction caractérise la réfringence ou capacité d'un milieu à propager
la lumière à une certaine vitesse.
L'indice de réfraction est défini par nx =
c0
cx
c0 : célérité de la lumière dans le vide
cx : célérité de la lumière dans le milieu x.
L'indice de réfraction s'exprime par un nombre sans unité.
Remarques :
1. La célérité de la lumière étant une "vitesse" limite, l'indice est toujours supérieur à l'unité : nx  1.
2. Plus l'indice de réfraction augmente et moins la lumière se propage vite. Le milieu est plus réfringent.
Application : calculer les valeurs d'indice de réfraction de quelques milieux
Indice de réfraction des gaz
Indice de réfraction des solides
Indice de réfraction des liquides
Hydrogène
Glace
Eau à 60°C
0xygène
Plexiglass
Eau à 20°C
Air
Sucre
Eau à 0°C
Azote
Chlorure de sodium
Éther
Chlore
Quartz
Alcool
Verre ordinaire
Glycérine
Spath d'Islande
Benzène
Diamant
Eau salée saturée
Conséquence :
Dans un milieu homogène, isotrope, transparent et d'indice de réfraction cx, la lumière se propage à la
vitesse cx :
cx = Error! .
Applications :
1. Calculer la célérité de la lumière dans le cristal d'indice nc = 1,59.
3. Calculer l'indice d'un milieu dans lequel la célérité est égale à 185 000 km/s. Quel est ce milieu ?
2. Comparer la célérité de la lumière dans l'air et la célérité dans le vide en évaluant l'erreur absolue  et
l'erreur relative r (en % de c0) que l'on commet en confondant ces deux valeurs.
Ph. Georges
Sciences
2/2