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Onde Polychromatique dans un Prisme

Posté par
theghost189
13-11-16 à 12:03

Bonjour, j'ai un DM de Physique et j'ai un peu de mal à le faire, j'aimerais que vous me donnez  des indications pour répondre aux questions... Merci!

Un prisme de verre vu de dessus est représenté par le triangle équilatéral (ABC). Un rayon incident (Ri) de la lumière blanche arrive sur le prisme au point (I).  La normale à la première interface (air-verre) rencontrée est la droite (N).

Données: indice de l'air pour toutes les longueurs d'ondes: n air= 1,000[-];
                       indice du verre pour le rayon rouge nr= 1,640;
                                                          pour le rayon bleu nb= 1,668.

1) Déterminez, par une démonstration simple, la valeur de l'angle (BAC) au sommet du prisme.  On donne: i1= RiIN =45°.

2) Déterminez par un calcul les angles de réfraction de la lumière rouge (i2r) et de la lumière bleu (i2b).

3)Tracez sur le schéma, les rayons lumineux rouge et bleu. Déterminez les angles de déviation Dr1= i1- i2r puis Db1= i1 - i2b pour cette première réfraction. Lequel des 2 rayons est le plus dévié?

Les rayons lumineux arrivent sur la seconde interface (verre-air) en (I'r) et (I'b). Les normales sont nommées respectivement (N'r) et (N'b).

4) Déterminez par une démonstration les angles d'incidence (i1r') et (i2b').

5) Déterminez par un calcul, les angles de réfraction de la lumière rouge (i2r') et bleu (i2b')

6)Tracez les rayons lumineux sortant du prisme. Déterminez leurs angles de déviations Dr2= i2r' - i1r' puis Db2= i2b' - i1b'

7) Conclure sur le phénomène de la dispersion: origine du phénomène et conséquence

Voici le schéma:

Onde Polychromatique dans un Prisme

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 13:24

Bonjour,
As tu commencé à répondre à certaines des questions ?
De plus, je suis interpellé par la première question... Si j'ai bien compris on te demande la valeur de l'angle (BAC) donc un des angles d'un triangle équilatérale... Donc tu dois connaitre cette valeur.

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 13:31

Oui on doit faire 180/3= 60° mais on me demande une démonstration...

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 13:48

Je pense qu'ils attendent ceci:

(BAC) + (ACB) + (CBA) = 180
or (BAC) = (ACB) = (CBA) puisque ABC est un triangle équilatéral.
Donc 3(BAC) = 180 d'où (BAC) = 180/3 = 60°

Pour la question 2, il faut que tu utilises la loi de Snell-Descartes. Tu la connais ?

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 13:59

oui n1.sin i1 = n2. sin i2 mais je vois trop en quoi ca va m'aider à trouver les angles?

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 14:02

Cela signifie que tu ne sais pas ce que représente i1 et i2.
Selon toi qu'est ce que représente i1 et i2 ?

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 14:03

ah peut^être que j'ai compris, n1 c'est l'indice de l'air et n2 l'indice du verre soit pour le rouge, soit pour le bleu et après on a i1=45 donc il ne nous reste plus qu'a isoler i2 non?

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 14:05

Tu as tout compris à la démarche, c'est parfait!
Calcule les valeurs, dis moi ce que tu trouves et on passera à la suite si tu as besoin

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 14:14

dans l'énoncé on me dit que i1=45° donc dans la formule je met sin 45° ou directement 45°?

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 14:24

n_1sin{(i_1)} = n_2sin{(i_2)}
Donc i_2 = Arcsin{(\frac{n_1}{n_2}sin{(i_1)})}
Il ne te reste plus qu'à calculer pour le bleu et le rouge avec
n_1 = 1, i_1 = 45° et en changeant n_2 pour le rouge puis le bleu.
Tu comprends ?

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 14:28

oui c'est bien ce que j'avais trouvé donc i2r= 25° et i2b=25° (à peu près)

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 14:34

Il faut que tu prennes plus de chiffres significatifs pour voir la différence...
Moi j'ai trouvé,
i_{2r} = 25.54°
i_{2b} = 25.08°
Du coup tu peux facilement faire les calculs des angles de déviation de la question 3 en déduire qu'elle rayon est le plus dévié et faire ensuite le schéma des rayons

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 14:39

j'ai trouvé les angles de déviation:
Dr1= 19,46 et Dr2= 19,92 ce qui voudrait que c'est le rayon bleu qui est le plus dévié?
comment je suis censé tracer ensuite?

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 14:43

*Dr1 et Db1

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 14:45

i1 étant l'angle que forme le rayon incident avec la normale au côté AB du prisme, que représente i2 selon toi ?

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 14:47

J'ai oublié de préciser que j'étais d'accord avec toi pour les calculs des angles de déviation et que le rayon bleu sera le plus dévié.

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 14:47

le rayon incident  au côté BC du prisme?

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 14:57

Ce n'est pas faux, mais c'est surtout le rayon réfracté et son angle i2 est pris entre la normale au point d'incidence et le rayon réfracté. De plus, il ne faut pas oublié que l'on travaille avec des angles orientés.
Donc, avec toutes ces infos, R1 est situé en dessous de la droite N (qui est la normale au point d'incidence) donc ou situerai tu R2 et surtout R2r par rapport à R2b ?

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 15:04

comme ceci?

Onde Polychromatique dans un Prisme

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 15:08

Non i2 est l'angle entre la normale et l'angle réfracté, c'est à dire entre la droite N (en pointillé et le rayon rouge ou bleu. Tu comprends ?

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 15:09

Enfin... les rayons vont bien être de ce côté là par rapport à R1 mais le 25° n'est pas bien placé. Voilà je m'exprime peut être un peu mieux

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 15:10

non je comprends pas...

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 15:13

Le rayon R2 est bien de ce côté là par rapport à la droite N. Cependant l'angle r2 que tu as placé n'est pas bon. R2 correspond à l'angle formé entre le rayon R2 et la droite N.

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 15:17

c'est mieux? mais du r1 est déjà tracer?

Onde Polychromatique dans un Prisme

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 15:23

Tu penses sincèrement que l'angle que tu viens de tracer peut faire 25° alors qu'on a un angle droit entre la droite N et [AB] ?
Reprenons donc, R2 se situe à l'intérieur du prisme (donc du triangle) au dessus de la droite N en raison de la Loi de Snell-Descartes. Et i2 correspond à l'angle formé entre N et R2 à l'intérieur du triangle.

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 15:28

i2 et i1 sont au même endroit?

Onde Polychromatique dans un Prisme

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 15:35

Oui c'est mieux!
Oui, R2 est le prolongement de R1 à travers le prisme mais pas en ligne droite puisque i1 est différent de i2.  Ainsi, sur ta copie, fait en sorte que l'angle fasse à peu près 25° donc plus penché vers la droite N à l'intérieur du triangle. Tu comprends ?
Et maintenant comment placerais tu le rayon bleu par rapport au rouge ?

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 15:41

oui je comprends mieux
on aurait un rayon bleu plus dévié soit:

Onde Polychromatique dans un Prisme

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 15:46

C'est nickel, tu as compris! Même si les angles sur ton dessin sont loin de faire 25°, mais tu as compris où et comment ils étaient positionné!
Bien joué

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 15:49

Attend, non j'ai été un peu vite!!! i2b<i2r Donc le rayon rouge est au dessus du rayon bleu ^^

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 15:52

Du coup sur mon dessin les deux angles seront superposés?

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 15:58

Pourquoi serait il superposés ? Ils n'ont pas le même angle de réfraction.
Je t'envois un schéma que je viens de faire!

Onde Polychromatique dans un Prisme

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 16:04

oui je comprends un peu mieu mais comme Dr1= 19,46 et Db1= 19,92 ils sont très proche

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 16:09

Ah oui oui très proche certes mais pas superposés... Dessiné comme çà c'est très bien, c'est pour çà qu'il faut bien prendre deux chiffres après la virgules quand tu calcules i2r et i2b au début!

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 16:12

c'est quoi r2r et r2b?

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 16:17

Ahhh c'est ma faute c'est i2b et i2r mais je pensais à réfraction en écrivant d'où le r!
'Scuse

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 16:19

ah daccord
Prochaine question, 4) je dois encore utiliser la loi de Descartes?

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 16:24

Non la Loi de Descartes devra être réutiliser à la question 5). Là, on te demande quelle est la valeur de l'angle d'incidence c'est à dire l'angle formé entre le premier rayon réfracté qui devient le rayon incident sur cette deuxième face du prisme et la normal au point d'incidence. Je te fais un petit schéma

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 16:34

Voilà

Onde Polychromatique dans un Prisme

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 16:37

ca parait encore plus compliquer... j'ai vraiment pas d'idée? indice?

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 16:44

Connais tu les relations pour un prisme? Surement dans ton cours! Il en existe 4 et une va te donner la réponse C'est en lien avec la première question (qui n'était pas inutile)

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 16:51

Non... on a pas vu ça...

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 16:56

Mais d'après ce que j'ai vu sur internet c'est un truc du genre non:
sin i1 = n.sin r1
sin i2 = n.sin r2
A= r1 + r2
D= i1 + i2 - A

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 16:58

du coup ca serait plutôt la formule A= r1 + r2?

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 17:00

Voilà, on a pas les mêmes notations mais c'est la 3è relation que l'on veut!!
(BAC) = i2r + i1r'
et de même avec le rayon bleu! Tu veux la démonstration de cette 3è loi ?

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 17:02

a c'est ça qu'il faut démontrer?

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 17:03

Oui je suppose

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 17:04

il faut démontrer cette troisieme loi de manière générale ou précisément la formule (BAC) = i2r + i1r' ??

Posté par
Allen
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 17:08

Fais le pour le rayon rouge donc (BAC) = i2r + i1r' et on dira que c'est la même chose pour le rayon bleu

Posté par
theghost189
re : Onde Polychromatique dans un Prisme 13-11-16 à 17:13

et comment je démontre cela sachant que l'on ne l'a pas vu en cours?

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