La r

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La réfraction
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• Avez-vous déjà remarqué qu'une petite cuillère
  plongée dans un verre d'eau paraît cassée...

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(No Transcript)
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• Lorsque la lumière passe d'un milieu dans un
  autre, elle est déviée. Ce phénomène se nomme
  réfraction de la lumière.

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Remarque

• Chaque milieu transparent est caractérisé par une
  valeur que l'on appelle l'indice (noté n) qui n'a
  pas d'unité.
• Exemples
• L'air n 1,0
• L'eau n 1,33
• Le plexiglas n1,5
• Le verre n1,6

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Exemple un rayon lumineux passe de l'air dans
l'eau selon le schéma
Air n11,0
Eau n21,33
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• Le rayon qui traverse le premier milieu (noté
  milieu 1 d'indice n1) est appelé rayon incident.
• Pour connaître l'angle sous lequel le rayon
  lumineux arrive sur la surface de séparation
  entre les deux milieux, il faut tracer un trait
  que l'on nomme la normale.
• Pour tracer la normale (en pointillé), il faut
  tracer la perpendiculaire à la surface de
  séparation entre les deux milieux au point où
  arrive le rayon incident.

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Schéma
Rayon incident
Air n1,0
Eau n1,33
La normale
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• Langle dincidence (noté généralement i ou i1)
  est langle entre le rayon incident et la normale.

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Schéma
i1
Air n1,0
Eau n1,33
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• Le rayon lumineux passe dans le milieu 2
  (cest-à-dire leau). On a un rayon appelé rayon
  réfracté.
• Langle de réfraction (noté généralement r ou i2)
  est langle entre la normale et le rayon
  réfracté.

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Schéma
Rayon incident
Air n1,0
Eau n1,33
Angle de réfraction
rayon réfracté
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Définition

• Le plan contenant le rayon incident et la normale
  à la surface est appelé le plan dincidence.
• Le plan dincidence est lécran (ou la feuille où
  vous tracez les schémas).

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Lois de Descartes

• 1ère loi de Descartes Le rayon réfracté est
  dans le plan dincidence.
• 2ème loi de Descartes Langle dincidence i1 et
  langle de réfraction i2 sont liés par la
  relation 
• n1  sin i1 n2 sin i2
• avec  n1  indice de réfraction du milieu 1
• n2  indice de réfraction du milieu 2

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Remarque

• Lorsquun rayon lumineux arrive
  perpendiculairement à la surface de séparation
  entre les deux milieux, il nest pas dévié.

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Milieu 1
Milieu 2
Milieu 2
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Remarque

• Lorsque lon passe dun milieu 1 (dindice n1) à
  un milieu 2 (dindice n2), on a
• i1 gt i2 si n1 lt n2
• i1 lt i2 si n1 gt n2.
• Lorsque n1 gt n2, si langle i1 est trop
  important, le rayon lumineux nest plus réfracté,
  il est réfléchi et ne peut pas passer dans le
  milieu 2.

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Exercice 1

• Un rayon lumineux passe du verre dans lair.
  Langle de réfraction est r 80,0. Calculer
  langle dincidence i en prenant n(air) 1,0 et
  n(verre) 1,6.
• Faire un schéma de la situation.

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Réponse

• On applique la loi de Descartes
• n1  sin i n2 sin r
• ? 1,6 sin i 1,0 sin 80,0
• ? sin i 0,62 donc i 38.

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Exercice 2

• Calculer lindice du plexiglas

51
51
air
51
plexiglas
25
21
Correction

• Langle dincidence (entre le rayon incident et
  la normale) est 90 -51 39
• Daprès la loi de Descartes
• n1  sin i1 n2 sin i2
• Donc 1 sin 39 n2 sin 25
• On obtient n2 1,49.

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Exercice 3 soit lexpérience
i
r
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• Le demi cylindre est en plexiglas (on prendra
  n(plexiglas) 1,5.
• 1) Pourquoi le faisceau de lumière arrivant sur
  la face arrondi du cylindre nest pas dévié
  lorsquil traverse la séparation entre lair et
  le plexiglas ?
• 2) Le rayon arrive sur la surface de séparation
  plane. Calculer langle de réfraction r pour un
  angle dincidence i 30 .
• 3) Même question que 2) pour i 60.

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Réponse

• Question 1 lorsque la surface de séparation
  nest pas plane. Il faut tracer la tangente au
  point où arrive le rayon. Cette tangente
  correspond à la surface de séparation en ce
  point.
• En traçant la normale, on constate quelle est
  confondue avec le rayon incident donc le rayon
  arrive perpendiculairement à la surface de
  séparation donc le rayon nest pas dévié.

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tangente
i
r
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• Question 2
• On trouve daprès Descartes 1,5 sin 30 1,0
  sin r donc r 48,6.
• Question 3
• On trouve daprès Descartes 1,5 sin 60 1,0
  sin r donc sin r 1,3 gt 1. Ce nest pas
  possible donc il ny a pas de rayon réfracté. Le
  rayon est réfléchi.

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Quelques liens pour sentraîner sur la réfraction

• http//helium4.fr/quiz/dispersion/
• http//ww3.ac-poitiers.fr/voir.asp?psc_phys/tourn
  ier/secondes/physique/Optiq/optiq.htm

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FIN