LE PHENOMENE DE REFLEXION DE LA LUMIERE - LES LOIS DE  DESCARTES

1-Définition

Une surface réfléchissante, plane et polie renvoie la lumière (les faisceaux lumineux) dans une direction privilégiée : c’est le phénomène de la réflexion de la lumière

2- Distinction entre  le phénomène de réflexion et le phénomène de diffusion.

On parle de diffusion de lumières, quand elles sont renvoyées dans de directions différentes après avoir rencontré une surface.

3- les conditions nécessaires à une réflexion de lumière.

Une surface doit être polie pour qu’elle puisse réfléchir une lumière.

4-La formation d’une image par réflexion

Une surface réfléchissante plane et polie, miroir plan par exemple,  donne d’un objet AB une image A’B’.

5- Distinction entre une image virtuelle et un objet réel.

L’image de la bougie et de la flamme (réelle) par le miroir n’est pas réelle, elle est plutôt virtuelle.

6-La marche du rayon lumineux :

Le rayon lumineux issu de A et qui rencontre en I le miroir plan M donne par réflexion, le rayon IR qui semble provenir du point A’ symétrique de A par rapport au plan M.

AI est le rayon incident

IR est le rayon réfléchi

I est le point d’incidence

Le plan P formé par le rayon incident AI et la perpendiculaire – La normale NIN’- élevée en I au plan M du miroir est le plan d’incidence

i est l’angle d’incidence

r est l’angle de réflexion

7- Les lois de Descartes sur la réflexion

L’image d’un objet, donnée par un miroir plan, est sa symétrie par rapport à ce miroir.

1ère loi : Le rayon incident, le rayon réfléchi et la normale se trouvent dans un même plan appelé plan d’incidence.

2ème loi : L’angle de réflexion est égal à l’angle d’incidence i = r : c’est la deuxième loi de Descartes sur la réflexion

Remarque : Image et objet ont la même forme et la même taille.

Le trajet suivi par la lumière n’est pas modifié quand le sens de la propagation de la lumière est inversé : c’est la loi du retour inverse de la lumière

 

REFRACTION DE LA LUMIERE

1- Distinction de la réflexion et la réfraction

Lorsque le faisceau lumineux arrive à la surface de l’eau, il se divise en 2 : le premier, de faible intensité, situé dans l’air et le deuxième, de grande intensité, pénètre dans l’eau.

Le faisceau situé dans l’air est le faisceau réfléchi dû à la réflexion de la lumière sur la surface libre du liquide (miroir non argenté) : c'est le phénomène de réflexion partielle.

Ce phénomène par lequel la lumière change de direction lorsqu'elle passe d'un milieu transparent à un autre, s'appelle la réfraction

2-Définition  du phénomène de réfraction

On appelle réfraction de la lumière le brusque changement que subit la lumière en traversant la surface de séparation de deux milieux transparents.

3- Connaître la surface réfringente

Cette surface qui modifie brusquement la direction de la lumière est dite surface réfringente.

4-Plan d’incidence, Angle d’incidence, Angle de réfraction

Marche d’un rayon réfléchi à partir d’un rayon d’incident donné

 

Le plan d’incidence est défini par le rayon incident SI et la normale NIN’.

I est l’angle d’incidence.

R est l’angle de réfraction.

5-Les lois de Descartes sur la réfraction

Le faisceau situé dans l’eau est le faisceau réfracté dû à la pénétration de la plus grande partie de la lumière dans l’eau.

Le rayon réfracté est dans le plan d’incidence P : c’est la première loi de Descartes sur la réfraction.

Pour l=deux milieux transparents donnés, le rapport du sinus de l’angle d’incidence au sinus de l’angle de réfraction est constante quelle que soit la valeur de  l’angle d’incidence : c’est la deuxième loi de Descartes sur la réfraction.

6-L’indice de réfraction

La valeur constante du rapport du sinus de l’angle d’incidence au sinus de l’angle de réfraction est l’indice de réfraction (du second milieu  par rapport au premier) noté n tel que 

soit

Où est l’indice relatif du milieu 2 par rapport au milieu 1

L’indice relatif est le rapport entre le sinus de l’angle d’incidence et le sinus de l’angle de réfraction.

- Le   passage de la lumière du milieu air vers le milieu 1 est : 

- Le   passage de la lumière du milieu air vers le milieu 2 est :

- Le   passage de la lumière du milieu 1 vers le milieu 2 est :

7-L’indice relatif d’un milieu par rapport à un autre.

Connaître les propriétés de l’indice de réfraction

L’indice relatif de deux milieux transparents est égal au rapport de leurs indices de réfraction par rapport à l’air.

Le phénomène  de réfraction est dû à la propagation de la lumière avec des vitesses différentes dans les deux milieux transparents en contacts.

D’où : c’est la relation symétrique de la relation de Descartes.

De deux milieux transparents, plus l’indice de réfraction est grand, plus le milieu est réfringent.

8-La réfraction limite

Un rayon normal à la surface réfringente traverse cette surface sans déviation. En se réfractant, le rayon se rapproche de la normale.

9-L’angle limite

Lorsque i atteint sa plus grande valeur (90°), appelé incidence rasant ; en se rapprochant de la normale ; r prend lui aussi sa plus grande valeur : c’est l’angle limite noté α tel que 

10-La réflexion totale

Si r est supérieur à l’angle limite α, le faisceau réfracté n’existe plus et toute la lumière incident est réfléchie : on dit qu’il y réflexion totale du faisceau lumineux.

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