La réfr action. Dans le vide, la lumière voyage à la vitesse de 3,0 x 10 8 m/s La vitesse de la...

La réfr action

• Dans le vide, la lumière voyage à la vitesse de 3,0 x 108 m/s

• La vitesse de la lumière change lorsqu’elle passe d’un milieu transparent à un autre milieu transparent ayant une masse volumique différente.

• Ainsi, lorsqu’un rayon lumineux passe de l’air à l’eau selon un angle autre que la normale, un côté de l’onde touche l’eau en premier et ralentit sa vitesse tandis que l’autre côté de l’onde poursuit sa course dans l’air provoquant ainsi une déviation de l’onde.

• La réfraction est la déviation d’un rayon lumineux lorsqu’il passe d’un milieu translucide à un autre qui ne possède pas la même masse volumique.

• On appelle « milieux réfringents » les milieux qui ont la capacité de faire dévier les rayons lumineux.

• Exemple: l’eau, le verre, le plastique, le diamant, l’huile

Indice de réfraction

Notion définition

Rayon incident

Rayon qui frappe la surface d’un milieu réfringent

Rayon réfracté

Rayon qui pénètre dans le milieu réfringent et est dévié de sa trajectoire

Normale Droite perpendiculaire à la surface de milieu réfringent et qui se situe au point d’impact où le rayon incident frappe la surface.

Angle d’incidence

Angle formé par le rayon indicent et la normale

Angle de réfraction

Angle formé par le rayon réfracté et la normale

• Plus la différence entre les indices de réfraction est grande, plus la lumière est déviée.– D’un indice faible vers un indice fort, le rayon

se rapproche de la normale

– D’un indice fort vers un indice faible, le rayon s’éloigne de la normale.

– Si les deux milieux ont des indices de réfraction égaux, il n’y a pas de réfraction.

Loi de la réfraction

n1sinθ1 = n2sinθ2

n1 = indice de réfraction du milieu de départ

θ1 = angle d’incidence

n2 = indice de réfraction du milieu d’arrivée

θ1 = angle de réfraction

Les lentilles

Les lentilles

• Une lentille est un objet constitué d’un matériau transparent comportant une ou deux faces courbes servant à réfracter les rayons lumineux afin, généralement de former des images.

Les lentilles convergentes

• Les rayons qui traversent une lentille convergente sont déviés vers l’axe de la lentille (ils s’en rapprochent).

• On dit que les rayons convergent vers l’axe de la lentille et plus précisément vers un point précis sur cet axe qu’on nomme le foyer de la lentille.

• Les lentilles convergentes peuvent avoir plusieurs formes, mais elles ont toutes au moins un côté convexe (bombé vers l’extérieur)

Les lentilles divergentes

• Les rayons qui traversent une lentille divergente sont déviés de façon à s’éloigner les uns des autres.

• On dit que les rayons divergent.

• Si on prolonge ces rayons, ils semblent tous provenir d’un même point: le foyer de la lentille.

• Les lentilles divergentes peuvent avoir plusieurs formes, mais elles ont toutes au moins un côté concave. (creux)

Paramètres des rayons lumineux dans les lentilles minces

• Centre de courbure• Rayon de courbure• Axe principal• Centre de la lentille• Foyer principal (F)• Foyer secondaire (F’)• Longueur focale (f)• N.B. dans le cas des

lentilles, la longueur focale ne correspond à la moitié du rayon de courbure.

Les images dans les lentilles minces

• Représentation graphique:• Elle se fait à partir des rayons principaux de la

lentille.

• N.B.: les rayons principaux doivent partir du même point de l’objet.

• Dans les lentilles convergentes, les caractéristiques des images dépendent de la position de l’objet par rapport au foyer secondaire:

– Plus on s’en approche, plus l’image réelle grossit et s’éloigne du foyer principal.

– Entre le foyer secondaire et la lentille, l’image devient virtuelle, plus grande que l’objet et plus loin de la lentille.

• Rayons principaux dans les lentilles divergentes:

• Dans les lentilles divergentes, les images sont toujours virtuelles, droites, plus petites que l’objet et situées plus près de la lentille que l’objet.

– Les caractéristiques de l’image sont donc indépendantes de la position de l’objet par rapport à la lentille.

Représentation mathématique des images dans les lentilles

minces.

• Principales mesures:

• Exemple: On place un objet de 6,0 cm de hauteur à 12,0 cm d’une lentille convergente dont la longueur focale est de 30,0 cm. Calcule la position de l’image par rapport à la lentille ainsi que la hauteur de l’image obtenue.

do = 12,0 cmdi = ?f = 30,0 cmho = 6,0 cmhi = ?

Convention de signe

+ -

Foyer réel virtuel

diImage réelle Image virtuelle

hiImage droite Image inversée

Réflexion totale interne

• Lorsqu’un rayon lumineux touche une surface transparente, une partie de ce rayon est réfléchie et une autre partie est réfractée.

• Si un rayon lumineux passe d’un milieu ayant un indice de réfraction fort vers un milieu ayant un indice de réfraction faible, il est réfracté en s’éloignant de la normale.

• Plus l’angle d’incidence augmente, plus l’angle de réfraction sera grand.

• Il arrive un moment où l’angle de réfraction atteint 90o et où le rayon réfracté longe la surface de séparation entre les deux milieux.

• L’angle d’incidence qui produit un angle de réfraction de 90o est alors appelé angle critique.

• Passé l’angle critique, le rayon lumineux ne peut plus s’échapper du premier milieu et est donc complètement réfléchi. C’est le phénomène de réflexion totale interne.

• Conditions nécessaires pour avoir une réflexion totale interne:

– La lumière passe d’un milieu fortement réfringent à un milieu faiblement réfringent.

– L’angle d’incidence dépasse l’angle critique.