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04 Réflexion Physique passerelle

hiver 2016

1. Qu’est-ce que la lumière ?

La lumière se comporte à la fois comme une onde et comme un

faisceau de particules (les photons). La lumière a donc une nature

ondo-corpusculaire, comme tous les objets quantiques.

La lumière visible est une infime partie du spectre électromagnétique :

La longueur d’onde (distance

entre deux crêtes consécutives)

détermine la couleur :

← La lumière blanche est un

mélange de toutes les couleurs.

↓Notre œil est muni de trois

types de capteurs sensibles au

rouge, au vert et au bleu.

La vitesse de la lumière dans le vide vaut :

� � 299792458m/s (page 163)

Exemple : Quelle distance parcourt la lumière en un clin d’œil (un dixième de seconde) ?

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2. Propagation de la lumière

Émetteur (source primaire), réflecteur (source secondaire) et récepteur participent au trajet de la lumière :

Définition d’un rayon lumineux :

Flèche rectiligne allant d’une source à un récepteur.

Dans une chambre noire, les rayons rectilignes provoquent le retournement de l’image :

Attention de ne pas confondre :

Réflexion Réfraction Diffusion Diffraction

Rebond d’un rayon contre

une paroi.

Fléchissement d'un rayon

qui change de milieu.

Éparpillement d'un rayon

dans toutes les directions.

Interférence d'un rayon

avec lui-même.

Principe de Fermat :

La lumière choisit toujours le trajet le plus rapide (court).

Examen d’été 2013 :

émetteur

(source primaire)

réflecteur

(source secondaire)

récepteur

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3. Loi de la réflexion

Un rayon lumineux rebondit sur une parois réfléchissante comme une balle de ping-pong :

La loi de la réflexion est donnée par :

� � � (page 157)

• � est l’angle d’incidence en degrés [°]

• � est l’angle de réflexion en degrés [°]

Examen d’été 2014 :

4. Miroirs

Les rayons lumineux réfléchis dans un miroir plan font voir à l’observateur une image virtuelle :

Vu de profil, un miroir plan agit comme un :

axe de symétrie entre un objet et son image.

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Devant deux miroirs plans formant un angle � entre eux, un objet apparaît � fois :

Relation entre � et � :

� �360°

�

• � est le nombre de fois où l’objet apparaît

• � est l’angle entre les miroirs en degrés [°]

Examen d’hiver 2014 :

�

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5. Exercices

Exercice 1

Vrai ou faux ? Vrai Faux

a) Un corps qui émet de la lumière est une source lumineuse

b) Seuls les solides peuvent être incandescents.

c) Un objet éclairé peut être considéré comme une source lumineuse.

d) Un corps ne peut émettre de la lumière que s’il est chaud.

e) La lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène et transparent.

f) L’image obtenue sur l’écran de la chambre noire est toujours en noir et blanc.

g) Le diamètre du trou de la chambre noire n’a aucune influence sur la qualité de l’image.

h) Plusieurs rayons lumineux provenant d’une même source font un faisceau lumineux.

Exercice 2

Est-ce possible ?

a)

b)

Exercice 3

Si Bill Gates (dont la fortune est estimée à 79,2 milliards de dollars) devait donner 1 dollar à chaque

kilomètre parcouru par la lumière, pendant combien de temps pourrait-il la sponsoriser ? Rép. : 3j + 1h20

Exercice 4

Une « année-lumière » représente la distance parcourue par la lumière dans le vide en un an. Que vaut

cette distance ? Rép. : 9,46 · 1015 m

Exercice 5

Construire le rayon réfléchi. Mesurer les angles d'incidence et de réflexion.

Exercice 6

Tracer le rayon lumineux issu du point lumineux S

qui pénètre dans l'œil après avoir subi une réflexion

sur le miroir.

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Exercice 7

Deux miroirs plans AB et BC sont disposés

perpendiculairement.

a) Compléter le trajet du rayon SI.

b) Quelle est la particularité du rayon réfléchi par le

miroir BC ?

Exercice 8

Un rayon lumineux, issu du point A, se propage en

direction du point B.

Comment faut-il disposer un miroir plan en B et un

second miroir en C pour que le rayon réfléchi, après

réflexion en B et C, passe par A ?

Exercice 9

Un miroir est placé sur la grande aiguille d'une pendule.

Un rayon lumineux issu d'une source fixe S est réfléchi par

ce miroir de la façon indiquée par la figure.

a) À quelle heure le rayon réfléchi passera-t-il par 9 h ?

b) A quelle heure le rayon réfléchi passait-il par 6 h ?

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Exercice 10

Une personne est debout devant un miroir plan à 2,8 m de celui-ci. Quelle est la distance qui la sépare de

son image ?

Exercice 11 (examen d’été 2009)

Exercice 12

Dans ces dessins, un personnage se regarde dans un miroir que l'on a représenté en coupe. Déterminer

graphiquement la partie de lui-même que le personnage peut observer dans le miroir. Peut-il voir ses

cheveux ? Peut-il voir ses pieds ?

Exercice 13

Une personne haute de 160 cm se tient à 2 m d'un miroir vertical. La hauteur de ce miroir est de 50 cm et

sa partie inférieure se trouve à 60 cm du sol. On suppose que les yeux de la personne se situent à 12 cm du

sommet de sa tête.

a) Cette personne voit-elle ses pieds dans ce miroir ?

b) Cette personne voit-elle le sommet de sa tête dans ce miroir ?

c) Les réponses précédentes seraient-elles les mêmes si cette personne se trouvait à 5 m du miroir ?

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Exercice 14

Une famille désire acheter un miroir tel que chaque membre de cette famille puisse s'y voir entièrement.

Cette famille est composée :

• du père dont la taille vaut 180 cm

• de la mère dont la taille vaut 176 cm

• d'une fille de 160 cm et d'un garçon de 140 cm

On admet que les yeux de chaque membre de la famille se situent à 12 cm du sommet de leur tête.

a) À quelle distance maximale au-dessus du sol faut-il placer le bord inférieur de ce miroir ? Rép. : 64 cm

b) À quelle distance minimale au-dessus du sol faut-il placer le bord supérieur de ce miroir ? Rép. : 174 cm

c) Quelle doit être la hauteur minimale de ce miroir ? Rép. : 110 cm

Exercice 15

Un rayon lumineux issu de la source S est envoyé au

point A après réflexion sur le miroir 1. Un second

miroir placé en A (non représenté sur le dessin)

envoie à son tour ce rayon dans la direction

représentée sur le dessin.

a) Construire le rayon incident et le rayon réfléchi

par le miroir 1.

b) Construire le miroir placé en A.

Exercice 16

Une personne regarde un mur par l'intermédiaire

d'un miroir plan. Construire la portion de mur

visible.