05 Réfraction

05. Réfraction Physique passerelle Page 1 sur 7
05 Réfraction
Physique passerelle
hiver 2016
1. Vitesse de propagation
Toutes les ondes (sonores, lumineuses...) possèdent ces trois paramètres :
1)
La vitesse de propagation
:
2) La longueur d’onde :
3) La fréquence :
vitesse à laquelle l’onde se
déplace dans un milieu.
distance entre deux crêtes consécutives.
nombre d’oscillations par seconde.
1) Ordres de grandeur pour la vitesse de propagation : (page 177)
onde +
milieu
vitesse de propagation [m/s]
son dans l’air sec à 20°C
343
son dans l’eau à
20°C
1
485
son dans le fer à 20°C
5
850
lumière dans le vide
299
792
458
2) Ordres de grandeur pour la longueur d’onde :
onde + milieu
l
ongueur d’onde [m]
son grave dans l’air à 20°C
20
son aigu dans l’air à 20°C
0,02
lumière rouge dans le vide
0,000
000 7
3) Ordres de grandeur pour la fréquence :
o
nde
fréquence [Hz]
son grave
17
son aigu
17
000
l
umière rouge
400 000 000 000 000
La relation entre ces trois paramètres est donnée par :
ݒ
=
ߣ݂
(page 155)
•
ݒ
est la vitesse de propagation en [m/s]
•
ߣ
est la longueur d’onde en mètres [m]
•
݂
est la fréquence en Hertz [Hz]
Examen
d’hiver 2013 :

05. Réfraction Physique passerelle Page 2 sur 7
2. Indice de réfraction
La vitesse de propagation de la lumière dépend du milieu qu’elle traverse :
Par définition :
L’indice de réfraction d’un milieu indique à quel point il freine la lumière.
Ordres de grandeur : (page 174)
milieu
i
ndice de réfraction [ ]
vide
1
air
1,000293
eau
1,3330
verre
1,5
diamant
2,417
On remarque que l’indice de réfraction est toujours supérieur ou égal à 1 :
݊
≥
1
(page 157)
•
݊
est l’indice de réfraction [ ]
•
݊
=
1
correspond au vide
La relation entre l’indice de réfraction d’un milieu et la vitesse de propagation de la lumière est la suivante :
݊
=
ܿ
ݒ
(page 157)
•
݊
est l’indice de réfraction [ ]
•
ܿ
est la vitesse de la lumière dans le vide en [m/s]
•
ݒ
est la vitesse de la lumière dans le milieu en [m/s]
Examen
d’été 2010 :
Examen d’hiver 2015
:

05. Réfraction Physique passerelle Page 3 sur 7
3. Loi de Snell-Descartes
Le phénomène de réfraction provoque des illusions d’optique dans la vie courante :
La réfraction est le fléchissement d’un rayon lumineux qui passe d’un milieu à un autre :
Les angles sont liés aux indices de réfraction par la loi de Snell-Descartes :
݊
ଵ
∙
ݏ݅݊
ߙ
ଵ
=
݊
ଶ
∙
ݏ݅݊
ߙ
ଶ
(page 157)
•
݊
ଵ
est l’indice de réfraction du milieu 1 [ ]
•
݊
ଶ
est l’indice de réfraction du milieu 2 [ ]
•
ߙ
ଵ
est l’angle d’incidence en degrés [°]
•
ߙ
ଶ
est l’angle de réfraction en degrés [°]
Examen
d’été 2012 :
Examen
d’été 2010 :

05. Réfraction Physique passerelle Page 4 sur 7
4. Réflexion partielle ou totale
• En passant de l’air à l’eau, les rayons lumineux subissent à la fois une réfraction et une réflexion :
Chaque rayon incident est partiellement réfracté et partiellement réfléchi :
• En passant de l’eau à l’air, il existe un angle limite de réfraction :
Angle d’incidence à partir duquel la réfraction n’est plus possible.
Au-delà de cet angle, il ne subsiste que la réflexion totale :

05. Réfraction Physique passerelle Page 5 sur 7
5. Exercices
Exercice 1
a) Sachant que la vitesse de propagation de la lumière dans l'eau est de 2,25 ∙ 10
8
m ∙ s
-1
, quel est I'indice
de réfraction de l'eau ? Rép. : 1,33
b) Sachant que l'indice de réfraction du plexiglas est de 1,50, quelle est la vitesse de propagation de la
lumière dans ce milieu ? Rép. : 200 000 km/s
Exercice 2
Cochez les deux bonnes réponses :
□ La vitesse de la lumière dans un milieu est d'autant plus grande que l'indice de de ce milieu est grand.
□ La vitesse de la lumière dans un milieu est d'autant plus petite que l'indice de ce milieu est grand.
□ Un rayon qui passe d'un milieu à un second d'indice inférieur se rapproche de la normale.
□ Un rayon qui passe d'un milieu à un second d'indice inférieur s'éloigne de la normale.
Exercice 3
Classer les milieux transparents suivants par ordre croissant de la vitesse de la lumière :
verre, air, eau, diamant.
Exercice
4
(examen d’hiver 2013)
Exercice
5
(examen d’hiver 2009)
Exercice 6 (examen d’hiver 2009)
Exercice 7
Un élève a noté, comme réponse à un calcul : indice de réfraction du second milieu ݊
ଶ
= 0,84. On peut
affirmer que cette réponse est fausse. Pourquoi?
Exercice 8
Pour chaque figure, m
esurer les angles
d'incidence et de réfraction.