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Snell-Descartes : diamant, prisme

Posté par
Bandicoot
18-09-19 à 11:40

Bonjour,

1) Le diamant a un indice nb = 2,435 pour le bleu de longueur d'onde 486 nm et un indice no = 2,417 pour l'orange de longueur d'onde 589nm. Un faisceau de lumière blanche tombe sur le diamant avec un angle d'incidence i = 45°. Déterminer l'angle entre le rayon bleu et le rayon orange à l'intérieur du diamant.

Faut-il appliquer n1sini1=n2sini2 ou bien n(lambda)=A+(B/lambda^2) ? Pouvez- vous me faire parvenir la figure ?

2) Un prisme d'angle A=30° est taillé dans un verre dont l'indice est nr=1,51 pour la lumière rouge et nv=1,53 pour la lumière violette.
a) Calculer les angles limites de réfractions ilim(r) et ilim(v) qui correspondent respectivement à la lumière rouge et à la lumière violette. On s'aidera d'un schéma pour illustrer l'argumentation.
b) Une lumière blanche contenant, entre autres, les deux radiations précédentes, arrive en incidence normalement en un point I de l'une des faces du prisme.

On nous demande les angles limites de réfractions des deux lumières, mais de base un angle limite ne veut pas 90° ?

Posté par
vanoise
re : Snell-Descartes : diamant, prisme 18-09-19 à 11:54

Bonjour
Il s'agit d'une étude très classique. On en trouve de nombreux exemplaires sur le net. Un exemple parmi beaucoup d'autres :

Puisqu'ici, on te fournit à la fois les longueurs d'onde et les indices de réfraction, la loi de Cauchy donnant une relation approchée entre n et ne présente pas d'intérêt ici.
Commence par étudier le document fourni puis essaie de travailler par toi-même. Si tu ne t'en sorts pas, tu pourras poster ce que tu as réussi à faire et poser des questions précises sur ce que tu ne comprends pas. Tu auras alors une aide adaptée à ton niveau...

Posté par
Bandicoot
re : Snell-Descartes : diamant, prisme 18-09-19 à 11:58

Merci ! Je vais voir ça et posterai ce que j'ai tenté de faire si je n'y arrive toujours pas

Posté par
Bandicoot
re : Snell-Descartes : diamant, prisme 18-09-19 à 12:31

Pour le 1)

i=45°
nb = 2,435
no = 2,417
On cherche l'angle entre le rayon bleu et le rayon orange, càd : ib+io

On applique la formule n1sini1=n2sinr
Avec n1 = 1 (l'air)
i1 = i = 45°
n2 = nb+bo = 2,435+2,417
ir = ib+io

Soit :
ir = arcsin(n1xsini1/n2)
AN : ir = arcsin(1xsin(45)/(2,435+2,417)

est-ce juste ?

Posté par
vanoise
re : Snell-Descartes : diamant, prisme 18-09-19 à 14:16

Tu n'as pas bien compris le problème. Il s'agit d'étudier le pouvoir dispersif du prisme sur la lumière : un rayon unique de lumière blanche pénétrant dans le prisme sous un angle d'incidence :

i_{1b}=i_{1o}=i=45\text{\textdegree}\quad avec\quad\sin\left(45\text{\textdegree}\right)=\dfrac{\sqrt{2}}{2}

est dispersé par le prisme. Les différentes longueurs d'onde sont déviées différemment car elles ont des indices de réfraction différents. Pour évaluer numériquement ce pouvoir dispersif, on s'intéresse à deux longueurs d'ondes assez éloignées dans le spectre de la lumière blanche : une d'indice nb correspondant au bleu-violet, l'autre d'indice no correspondant à l'orange-rouge.

Il faut donc réaliser deux études distinctes pour les deux longueurs d'onde. Additionner les deux indices n'a aucun sens physique !

Pour la radiations bleu :

\sin\left(i\right)=n_{b}.\sin\left(r_{1b}\right)\quad;\quad r_{1b}=\arcsin\left(\dfrac{\sqrt{2}}{2\cdot2,435}\right)

Pour la radiation orange :

\sin\left(i\right)=n_{o}.\sin\left(r_{1o}\right)\quad;\quad r_{1o}=\arcsin\left(\dfrac{\sqrt{2}}{2\cdot2,417}\right)

On obtient :  r_{1b}>r_{1o} ; l'angle entre les deux rayons réfractés à l'intérieur du prisme est :

\alpha=r_{1b}-r_{1o}

Je te laisse faire les applications numériques et continuer.

Posté par
Bandicoot
re : Snell-Descartes : diamant, prisme 18-09-19 à 15:09

Merci de ton aide, c'est fou comment j'adore me casser la tête alors que la réponse est presque devant moi. Désolé, j'ai loupé des années de cours de physique et j'aimerai bien les rattraper afin de me mettre au même niveau que les autres étudiants de ma promo.

Du coup, rib =16° et rio = 17°, tu as noté que rib > rio mais ça ne serait pas plutôt rio > rib, on est d'accord que 17°>16° ?
Donc l'angle entre les deux rayons est de 1°

Pour ce qui est de l'exo 2, a)

A = 30°
nr=1,51
nv=1,53
Comme le diamant est taillé dans un verre on a n(verre) = 1,50
Comme il s'agit d'un angle limite, l'angle "réfracté" est de 90°, soit sin(90) = 1

On cherche θl(r) et θl(v).

Pour le domaine du rouge :

θl(r) = arcsin (nverre/nr)
AN : θl(r) = arcsin(1,50/1,51)

Pour le domaine du violet :

θl(r) = arcsin (nverre/nv)
AN : θl(r) = arcsin(1,50/1,53)

?

Posté par
vanoise
re : Snell-Descartes : diamant, prisme 18-09-19 à 15:36

Étourderie de ma part : tu as bien : r1o>r1b ; il faut donc poser :
= r1o - r1b
Pour la suite on remplace le prisme en diamant  par un prisme en verre ordinaire mais l'esprit reste le même : l'indice varie en fonction de la longueur d'onde. Il faut donc faire deux études distinctes, une avec la lumière bleue en posant n=nb et une avec le rouge en posant n=nr. Le milieu extérieur est toujours l'air d'indice égal à 1. Il s'agit donc d'étudier l'angle de réfraction limite air/verre pour les deux couleurs différentes.

Posté par
Bandicoot
re : Snell-Descartes : diamant, prisme 14-11-19 à 15:43

Je fais remonter le sujet. En voulant refaire cet exercice, je m'aperçois que ma calculette refuse de me donner l'arcsin de ce que je pense être le résultat.

Calculer les angles limites de réfractions ilim(r) et ilim(v) qui correspondent respectivement à la lumière rouge et à la lumière violette. On s'aidera d'un schéma pour illustrer l'argumentation.
n(R) = 1,51
n(V) = 1,53
sin(r) = sin (90°) = 1

Loi d'angle de réfraction limite air/verre : sin(i(lim)) = n.sin(r)

Pour la couleur rouge :

i(lim(R)) = arcsin (n(R).sin(r))
A.N. : i(lim(R)) = arcsin (1,51x1)
L'arcsin de 1,51 n'existe pas, je voulais donc savoir quel était mon erreur ?

Merci

Posté par
vanoise
re : Snell-Descartes : diamant, prisme 14-11-19 à 19:01

Les notations de ton énoncé sont un peu "piégeantes" dans la mesure où l'angle de réfraction est en général noté r , la lettre i étant réservée à l'angle d'incidence.
Supposons une réfraction de l'air (indice 1) dans le verre d'indice n.
La loi de Descartes s'écrit :
sin(i)=n.sin(r)
Il faut bien avoir en tête qu'un sinus ne peut dépasser la valeur "1", d'où le message d'erreur de ta calculatrice quand tu lui demande de calculer l'angle dont le sinus est 1,51!
Avec mes notations, sachant que la fonction sinus est monotone croissante sur l'intervalle d'étude :
imax=90° : sin(imax)=1
sin(rmax)=(1/n) ; rmax=arcsin(1/n).



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