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Prisme et réfraction

Posté par
manon430
23-09-13 à 19:15

Bon, me revoilà,

Un prisme est constitué de deux dioptres non parallèles. On note A l'angle entre ces deux dioptres (60°) et n l'indice du prisme (entre 1,5 et 1,8). On étudie une radiation monochromatique se propageant dans le plan normal du prisme. Son angle d'incidence est i, le premier angle de réfléxion est r, l'angle d'incidence sur la deuxième face r' et l'angle d'émergence i'. Tous ces angles sont définis dans l'intervalle [0; 90°].

a) Montrer que les lois de la réfraction impliquent sin i = nsinr et sin i'=nsinr'.

b) Montrer que la géométrie du prisme impose A=r+r' et D=i+i'-A (D est l'angle dont a été dévié le rayon incident lors du passage par le prisme).

c) Montrer qu'une condition nécéssaire d'émergence du rayon est A<= 2arcsin (1/n).

J'ai fait :

a) D'après la loi de Descartes, on sait que n1sin i = n2sin 2 donc ici : sin i=nsin r et dans le prisme on a nsinr'=sin i'.

c'est après pour la b) et c) que je ne sais pas comment démarrer

merci

Posté par
Coll Moderateur
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 19:18

Bonjour,

Que vaut la somme des angles d'un triangle ?

Posté par
manon430
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 19:19

pi ou 180°

Posté par
Coll Moderateur
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 19:29

Cela suffit pour répondre à la deuxième question (tu peux orienter les angles pour plus de facilité)

Posté par
manon430
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 19:30

b) d'accord je vais essaer

c) et pour la dernière je ne comprends pas trop ce que je dois chercher

Posté par
Coll Moderateur
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 19:34

Si l'angle au sommet (l'angle A) est trop grand, l'angle d'incidence sur la deuxième face (r') sera tel qu'il y aura sur cette face réflexion totale et donc pas de rayon émergent par cette face.

Posté par
manon430
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 19:37

d'accord ! donc qui dit réfléxion totale dit :

imax=arc sin (n2/n1) mais moi je vex obtenir ceci  A<= 2arcsin (1/n) j'ai du mal à voir le lien

Posté par
Coll Moderateur
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 19:39

La troisième question suit la deuxième (comme toujours ! ). Donc commence par répondre à la deuxième question...

Posté par
manon430
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 19:41

en fait  j' ai déduit les résultats du b) par un schéma et donc je n'ai pas vraimennt démontré quelque chose...

Posté par
Coll Moderateur
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 19:47

Je ne comprends pas bien ta réponse.
As-tu démontré que A = r + r' ?

Posté par
manon430
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 19:50

Juste à l'aide d'un schéma en fait (mais je sais que ce n'est pas très rigoureux)

J'ai dit en gros que : A+r+r'=180 donc A=-r-r'+180 et du coup ça me bloque ici

Posté par
Coll Moderateur
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 19:53

Je démontre en écrivant (il y a d'autres possibilités, j'utilise le triangle AIJ : A, sommet du prisme, I point d'incidence sur la première face et J point d'incidence sur la deuxième face ; on peut aussi utiliser un triangle fait avec les normales aux points I et J)

180° = A + (90° - r) + (90° - r')

Posté par
manon430
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 19:56

d'accord

donc pour l'autre :

t D=i+i'-A

ça me semble un peu plus complexe car je ne peux pas dire que les deux i sont complémentaires et que leur somme avec A vaut 180°

Posté par
Coll Moderateur
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 20:01

Oui, un peu plus long.

Il faut suivre le rayon depuis son arrivée jusqu'à son départ et quantifier les deux déviations puis en faire la somme...

Posté par
manon430
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 20:03

quelles dérivations ?? (désolé je suis un peu perdue là)

dt/di= 0 ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 20:04



Déviations (il n'y a pas de r...)

Posté par
manon430
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 20:07

ah d'accord ^^

j'ai fait un schéma qui me permet de visualiser 3 rayons : le premier rayon incident d'angle i arrive sur le prisme, il est ensuite dévié à l'intérieur et forme un angle r' avec la normale puis ressort en un angle i'.

Mais comment en déduire à partir de ça le résultat souhaité...?

Posté par
Coll Moderateur
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 20:10

Il y a une première déviation entre le rayon extérieur incident et le rayon intérieur réfracté

Une deuxième déviation entre le rayon intérieur et le rayon émergent (quand il existe ! )

Il faut faire la somme de ces deux déviations.

Simple géométrie.

Posté par
manon430
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 20:12

j'ai écrit que nsinr'+nsinr=n(sinr'+sinr) d'après a)

Posté par
Coll Moderateur
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 20:16

Mais non, c'est beaucoup plus simple que cela.

La première déviation est égale à i - r (je prends comme sens positif le sens horaire)

La seconde déviation est égale à ...

La somme des deux est égale à ...

et, en vertu du résultat précédent, la déviation totale D peut aussi s'écrire ...

Posté par
manon430
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 20:19

La seconde à i'-r'

donc somme des deux : i-r+i'-r'=i+i'-A

Posté par
Coll Moderateur
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 20:24

Eh oui...

Dernière question :

Il y a une limite à l'entrée (i ne peut pas être supérieur à 90° et donc r...)

Il y a une limite à la sortie (il ne faut pas qu'il y ait réflexion totale à la deuxième face)

Ceci te donne la relation cherchée.

Posté par
manon430
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 20:28

Il y a une limite à l'entrée (i ne peut pas être supérieur à 90° et donc r : phénomène de réflexion totale

i max= arc sin(1/n) mouais ... comment retrouver la relation ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 22:28

Ceci c'est pour l'entrée.
Et pour la sortie ?

Posté par
manon430
re : Prisme et réfraction 23-09-13 à 22:38

alors :

i max=arc sin (n)

je ne suis pas trop sure car je considère ici que la réfraction est limitée

Posté par
Coll Moderateur
re : Prisme et réfraction 24-09-13 à 07:57

Avec (selon l'énoncé) 1,5 n 1,8 ce que tu viens d'écrire est une horreur... d'accord ?

Il faut respecter les notations de l'énoncé pour que l'on puisse comprendre quelque chose à ta démonstration :

Citation :
Son angle d'incidence est i, le premier angle de réfléxion est r, l'angle d'incidence sur la deuxième face r' et l'angle d'émergence i'

Reprends la démonstration de la troisième question, après une nuit de repos cela va être plus facile...



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