Lois de la réflexion et de la réfraction (lois de Snell-Descartes) et application au prisme

Résumé du document

Objectifs:
1. Vérifier les lois de la réflexion.
2. Vérifier les lois de la réfraction.
3. Application à une lame à faces parallèles ou à une cuve.
4. Etudier les lois du prisme.

On dispose d'une source de lumière, d'un disque rapporteur, d'un miroir plan, d'un hémicylindre creux et d'un prisme.
Quand les imperfections de la surface réfléchissante sont plus petites que la longueur d'onde de la lumière incidente (c'est le cas d'un miroir, par exemple), la totalité de la lumière est réfléchie de manière spéculaire, c'est-à-dire que l'angle de réflexion de la lumière est égal à son angle
d'incidence.

Extraits

[...] MATERIEL On dispose d'une source de lumière, d'un disque rapporteur, d'un miroir plan et d'un hémicylindre creux et d'un prisme. III. LES LOIS DE LA REFLEXION Manipulation : Quand les imperfections de la surface réfléchissantes sont plus petites que la longueur d'onde de la lumière incidente (c'est le cas d'un miroir, par exemple), la totalité de la lumière est réfléchie de manière spéculaire, c'est-à-dire que l'angle de réflexion de la lumière est égal à son angle d'incidence (voir figure). Dans le monde réel, la majorité des objets présentent des surfaces plus complexes qui produisent une réflexion diffuse ou une diffusion (voir figure), c'est-à-dire pour laquelle la lumière incidente est réfléchie dans toutes les directions. [...]

[...] L'angle limite correspondant à la réfraction limite est de : Pour l'expérience , c'est le plexiglass et , c'est l'air. Graphique de en fonction d : sin sinus de l'angle d'incidence en fonction du sinus de l'angle réfracté y = 0,64x sin 1,20 On note : On constate que, comme précédemment, l'angle rétracté est proportionnel à l'angle incident, mais ici le coefficient de proportionnalité est égal à l'inverse de l'indice de réfraction du plexiglass puisque l'indice de réfraction de l'air est de Conclusion : On a étudié les lois de la réfraction dans le cas d'un passage du plexiglass à l'air, et on a montré l'existence d'un angle limite de réfraction. [...]

[...] On a aussi étudié la réfraction du prisme et démontré les lois de Snell-Descartes. On a établi les formules pour trouver l'indice du prisme, l'angle de déviation. On pourra étudier l'indice d'autres milieux transparents, pour étudier l'influence de l'indice d'un milieu sur l'angle réfracté On pourra également étudier d'autres ondes comme les ondes mécaniques telles que les ondes à la surface de l'eau, les ondes sismiques, les ondes sonores ou encore les ondes radios mais également, la formation des arcs-en-ciel. [...]

[...] D'après les propriétés de la réfraction vue précédemment, on a . Si les angles sont égaux, on a bien le rayon incident et le rayon émergent qui sont parallèles. Formule donnant la distance d entre ces deux rayons parallèles : ( ) et D'après la figure ci-dessus, on a : ( ) ( ) ( ) Pour cette question, on utilise les résultats des questions de l'étude du prisme. On considère que les lames à faces parallèles sont des prismes avec on angle au sommet nul. [...]

[...] Etablir la formule de l'indice du prisme : Les lois de Snell-Descartes nous donnent : et En se positionnant au minimum de dérivation, on a et On a les valeurs suivantes : On obtient donc, d'après la formule précédente : On retrouve bien la valeur trouvée avec le solveur. IX. CONCLUSION : On a étudié les lois de la réflexion grâce à un miroir, on a aussi étudié les lois de la réfraction dans un hémicylindre et montré la réfraction réciproque. On a expliqué le fait que lorsqu'un crayon est plongé dans l'eau, on a l'impression qu'il est cassé ou plié. [...]