[Fr] Tout sur l'optique [Partie 3: La réflexion et la réfraction]

Passage de la lumière d'un milieu à l'autre:

La lumière se propage dans différents milieux et chaque milieu a ses propres propriétés, où certains phénomènes apparaissent avec le passage de la lumière d'un milieu à l'autre, ce qui signifie différentes propriétés de propagation:

• Les matériaux opaques ne permettent pas à la lumière de passer, ce qui empêche la propagation des rayons lumineux.
• Lorsqu'une partie de la lumière continue de se propager dans le second milieu, c'est un phénomène de réfraction.
• La lumière peut être renvoyée dans la direction opposée à l'interface entre deux milieux différents, c'est un phénomène de réflexion.
  

Quelques termes dans l'optique géométrique:

• Dioptre:
  C'est la surface qui sépare deux milieux homogènes différents.
• Miroir:
  C'est un élément en verre, avec un dépôt métallique (par exemple: argent ou aluminium), cet élément (miroir) a une surface réfléchissante.
• La normale:
  En optique, la normale est la ligne perpendiculaire à la surface réfléchissante.
• Rayon incident:
  C'est le rayon d'une lumière venant d'une certaine direction et pointant vers une surface réfléchissante ou réfringente.
• Rayon réfléchi:
  C'est le rayon réfléchi par une surface réfléchissante due a l'incidence d'un rayon de lumière vers cette surface.
• Plan d'incidence:
  C'est le plan perpendiculaire à la surface (second milieu: dioptrie ou miroir), ce plan contient le rayon incident, le rayon réfléchi et la normale.
• Angle d'incidence (i):
  (i) C'est l'angle entre le rayon incident et la normale.

Lois de la réflexion:

Sur une surface réfléchissante, un rayon lumineux incident est réfléchi totalement ou partiellement vers l'arrière dans une direction donnée ou dans toutes les directions, ce phénomène s'appelle réflexion, il est facile de comprendre la réflexion car elle est présente dans nos vies à chaque fois qu'on se voit dans le miroir comme le rayonnement qui tombe sur le miroir reflète directement vers l'œil et ainsi nous voyons notre image.

La première loi de la réflexion:

Le rayon incident et le rayon réfléchi (qui est la symétrie du rayon incident par rapport à la normale) définissent un plan perpendiculaire à la surface réfléchissante, appelé plan d'incidence.

La deuxième loi de réflexion:

L'angle d'incidence (i) est égal à l'angle de réflexion (i '): i = i'.

[Self made figure n:5]

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Lois de réfraction:

Que faire si nous mettons un objet dans le fond d'un bol sur une table, si nous nous déplaçons une certaine distance, nous remarquons qu'il est impossible de voir cet objet.

[Self made figure n:6]

Eh bien, vous pouvez rester au même endroit et demander à quelqu'un de verser de l'eau dans le bol jusqu'à ce qu'il soit plein.....

[Self made figure n:7]

• Vous pouvez maintenant voir l'objet ou une partie de celui-ci du même angle et de la même distance que vous ne pouviez pas les voir avant d'ajouter de l'eau. Quelle est la raison?
  Le bol ne permet pas à la lumière de passer vers les yeux, mais après avoir rempli le bol avec de l'eau, les rayons lumineux du spinner se dévie parce qu'il passe d'un milieu à un autre.

• Mais qu'est-ce qu'on voit vraiment, c'est le vrai objet?
  Ce que l'œil voit dans ce cas n'est pas le vrai objet, mais son imagination:
  
  [Self made figure n:8]

Lorsque la lumière passe d'un milieu transparent et homogène à un autre milieu transparent et homogène différent, elle se dévie de son orientation primaire, ce phénomène est appelé: réfraction de la lumière.

[Self made figure n:9]

• (SI) s'appelle: rayon incident.
• (IR) s'appelle: rayon réfracté.
• (i) s'appelle: angle d'incidence.
• (r) s'appelle: angle de réfraction.

Étude expérimentale de la réfraction:

En utilisant une source de lumière, un disque optique Hartl, nous faisons tourner le disque et déterminons l'angle de réfraction des différents angles d'incidence:

[Self made figure n10]

• Mes propres résultats:
  

• Nous remarquons que le Sin (i) / Sin (r) apparaît constant quel que soit l'angle d'incidence, et nous en concluons que Sin (i) est directement proportionnel à Sin (r).

Sin(i)= a Sin(r)......... So: Sin(i)/Sin(r)= a

Si nous faisons la même expérience en changeant le verre au centre du disque, nous obtiendrons les mêmes résultats mais la valeur de "a*" changera seulement, et à partir de cela nous concluons que "a" est une distinction constante du milieu transparent.

Les lois de Snell:

Première loi de réfraction:

Le plan d'incidence, qui est perpendiculaire à la surface de séparation de deux milieux, contient: le rayon incident, le rayon réfracté et la normale.

Deuxième loi de réfraction:

Sin (i) / Sin (r) pour deux milieux transparents est constant quel que soit l'angle d'incidence.
Sin (i) / Sin (r) = n.

La constante "n" est appelée: indice de réfraction.
L'indice de réfraction du passage de la lumière d'un milieu à l'autre est l'indice de réfraction du deuxième milieu "n2", divisant l'indice de réfraction du premier milieu "n2" (exemple: passage de la lumière de l'air dans l'eau)
D'où la loi suivante peut être déduite:

n1 Sin (i) = n2 Sin (r)

• Si n2 est inférieur à n1, le rayon réfracté s'écarte de la normale.
• Si n2 est supérieur à n1, le rayon réfracté est plus proche de la normale.

Indice de réfraction pour certains matériaux:

Vide: n = 1
Acétone (gaz): n = 1.001090
Acétone (liquide): n = 1,36
Air: n = 1.000293
Dioxyde de carbone: n = 1.000449
Monoxyde de carbone: n = 1.000338
Hélium: n = 1.000035
Lait: n = 1,35
Huile, cèdre: n = 1.516
Eau: n = 1,333
Hydrogène: n = 1.000132
Méthane: n = 1.000444
Azote: n = 1.000298
Oxyde nitreux: n = 1.000516
Oxygène: n = 1.000271
Pentane: n = 1.000686
Dioxyde de soufre: n = 1.000686
Sel: n = 1,52
Glace: n = 1,31
Diamant: n = 2,417

References:

• Optique géométrique, Richard Taillet, chapitre n2: Reflexion and refraction
• Physique generale, Nour Eddine Hakiki, publications universitaires, chapitre 18: Optique geometrique, page147
  Cours d'optique général, Martin P. Lévesque RDDC – Centre de recherches de Valcartier

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