J'ai un petite problème pour résoudre cette exercice.
Les fabricants automobile ont trouve ́ des solutions pour detecter la presence d'eau sur le pare-brise d'une voiture. Un système de commande relie ́ a` un détecteur permet alors de déclencher les essuie-glaces automatiquement.
On modélise un pare-brise par une lame de verre a` faces parallèles d'épaisseur e = 5 mm et d'indice de refraction nv. Un rayon lumineux issu de l'émetteur E arrive sur le dioptre verre / air au point I avec un angle d'incidence i1. Le détecteur D est place ́ sur le pare-brise de fac ̧on a` recevoir le rayon lumineux lorsque le pare-brise est sec tel que |EI′| = |I′D|. L'air a un indice de refraction note ́ na. Lorsqu'il pleut, une lame d'eau d'indice de re ́fraction ne et d'épaisseur h = 1 mm, supposée constante, se depose sur le pare-brise.
Pour simplifier les calculs, on concèdera que les indices de refractions de l'air, de l'eau et du verre vérifient na =1,ne =√2et nv =√3,tel que na <ne <nv.
air
-----------------------------------------
eau i hauteur h
------------------I-----------------------
verre / I\ hauteur e
/ I \
/ I \
------------/-----I-----\----------------------
E i' D
1. Exprimer et calculer l'angle limite sur le dioptre verre / eau au-dela` duquel la reflexion est totale. Le rayon incident d'angle i1 = 45◦ se refracte-t-il dans l'eau ou se reflechit-il intégralement? Justifier votre réponse.
2. Determiner l'angle de refraction i2 au point I s'il existe.
3. Calculer la valeur de l'angle limite sur le dioptre eau / air pour avoir reflexion totale. S'il existe un rayon dans l'eau issu de E, se refracte-t-il dans l'air ou se reflechit-il ?
4. Repre ́senter, au propre sur votre copie, la propagation du rayon lumineux dans le cas ou` il pleut en y
faisant clairement apparaitre tous les angles pertinents.
5. Le de ́tecteur D qui intercepte le rayon lumineux lorsque le temps est sec, le rec ̧oit-il lorsqu'il pleut ? Si la réponse est non, a` quelle distance du détecteur arrive-t-il ?
Pour la question 1 .
-L'angle limite correspond au cas ou l'angle i vaut pi/2 dans la troisième loi de descartes.
n1sini(lim) = n2sin pi/2
on a donc n2sin pi/2 =1
on en déduit i(lim)= arsin n1/n2. ici n1= racine (2) et n2 = racine (3)
on a donc i(lim)= arsin racine (2) / racine (3) = 0,96 radian ou 54,7 degres
-On regarde si i1> i(lim) , si c'est le cas alors il n'existe pas de solution pour la 3eme loi de descartes, et la reflexion est totale.
ici i1+ 45 degrés et i(lim)= 54,7 degrés, on a donc i(lim)>i1 , le rayon incident va donc se réfracté dans l'eau.
Pour la question 2:
- On sait que n1 sini1 = n2 sini2
ici on cherche i2
sin i2= n1 sin i1 / n2
sin i2= 0,86
arsin i2 = 0,01
(je trouve ca petit pour un angle de refraction)
Pour la question 3 :
- on calcul i(lim)= arsin n2/n2 = arsin 1/ racine (2) =0,7 rad soit 40 degrés.
- un rayon issu de E va du verre dans l'air, il passe d'un milieu plus refringent a un milieu moins refringent , il y aura un rayon réfracté et un rayon réfléchit , le rayon réfracté va se rapproché de la normale.
Pour la question 4
je n'arrive pas à dessiner correctement tout les rayons.
Pour la question 5
je n'arrive pas a résoudre le calcul.
Voila, merci pour votre aide!
Bonjour,
OK pour la première question
merci pour la rectification, effectivement ma calculette a u un petit problème.
Du coup, pour la question 3:
- l'angle pour avoir la réflexion totale est de 40 degrés.
-la couche d'eau étant d'épaisseur constante, les propriétés des angles "alternes - internes" conduisent à l'égalité de l'angle de réfraction (verre-eau) et de l'angle d'incidence pour le dioptre (eau -air), il n'y a donc pas de réflexion totale, il y'a donc un rayon réfléchie et un rayon réfracté .
Pour la question 4:
- pour le dessin on sait que le rayon réfracté s'éloigne de la normal car le rayon passe d'un milieux plus réfringent à un milieu moins réfringent.
- on sait que l'angle de réfraction "air- eau" est égale à l'angle d'incidence "eau-air".
Pour la question 5:
- Lorsqu'il pleut, le récepteur ne reçoit plus le rayon lumineux car le rayon est dévié par le couche d'eau. Par contre je ne sais pas quelle formule utilisé pour trouver la distance, j'ai pensé au principe de Fermat mais je n'ai obtenu aucun résultats.
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