Fiche de physique - chimie
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Réfraction de la lumière

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I. Mise en évidence

Lorsque l'on place un bâton dans un récipient rempli d'eau, on constate que le bâton semble "cassé" ! Quel est ce phénomène et comment l'expliquer ?
La réfraction de la lumière : image 1



II. Définition

On appelle réfraction de la lumière le changement de direction que la lumière subi à la traversée de la surface de séparation entre deux milieux transparents.


Ainsi lorsque l'on envoie un faisceau laser à la surface de l'eau, sa vitesse de propagation est modifiée ! Le faisceau laser est réfracté suivant une autre direction...
La réfraction de la lumière : image 2



III. Lois de la réfraction : les lois de Descartes

1) Première loi de Descartes

Vocabulaire :
La réfraction de la lumière : image 3


SI : rayon incident
IR : rayon réfracté
I : point d'incidence
NI : droite normale (perpendiculaire) à la surface de séparation
Le plan d'incidence : on appelle plan d'incidence, le plan qui contient : le rayon incident (SI) et la normale ( NI) au point d'incidence I.

Énoncé de la loi :
Le rayon réfracté est dans le plan d'incidence.



2) Deuxième loi de Descartes

L'angle de réfraction r est généralement différent de l'angle d'incidence i.
Lorsque l'on trace sin i en fonction de sin r, la courbe obtenue est une droite qui passe par l'origine.
La réfraction de la lumière : image 4

En conséquence, on obtient la deuxième loi de Descartes :
sin i = k \times sin r




IV. Indice de réfraction

Pour une radiation donnée, un milieu transparent homogène est caractérisé par un indice de réfraction n :
n = \dfrac{c}{v}



n indice de réfraction (nombre sans unité et n > 1)
c vitesse de la lumière dans le vide (m/s)
v vitesse de la lumière dans le milieu considéré (m/s)

Remarque : comme c > v alors n > 1.

Retour sur la relation précédente : sin i = k \times sin r
Question : que représente la grandeur k ?
Le rayon lumineux passe du milieu 1 d'indice n1 au milieu 2 d'indice n2.
Le coefficient k représente le quotient de l'indice de réfraction du milieu 2 et de l'indice de réfraction du milieu 1.

On écrit alors :
k = \dfrac{n2}{n1}

La deuxième loi de Descartes s'écrit alors :
n1 \times sin i = n2 \times sin r



Cas particulier : Lorsque le rayon incident est confondu avec la normale, il n'est pas réfracté (puisque l'angle i=0°). Le rayon traverse donc la surface sans etre dévié.


Conclusion

Lorsque l'on regarde un bâton plongé dans l'eau, le rayon lumineux partant du bout de la partie immergée du baton subit une réfraction à la surface de l'eau ; il va donc être dévié . En conséquence, le bâton nous apparait "en 2 morceaux distincts" alors qu'en réalité il est entier.
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lulu3324
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