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 :
݊
ݏ݅݊
ߙ
=
݊
ݏ݅݊
ߙ
(page 157)
݊
est l’indice de réfraction du milieu 1 [ ]
݊
est l’indice de réfraction du milieu 2 [ ]
ߙ
est l’angle d’incidence en degrés [°]
ߙ
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 ݊
= 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.
1 / 7 100%
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