S.L.1 Comment dévier la lumière?

Transcription

1 S.L.1 Comment déver la lumère? I) La propagaton de la lumère : Contrarement aux ondes sonores, la lumère n a pas beson d un mleu matérel pour se propager : elle se propage dans le vde à une vtesse vosne de km/s. ( m/s) Dans les mleux homogènes et transparents, la lumère se propage en lgne drote. La vtesse de propagaton de la lumère dépend de la nature du mleu traversé. Dans l eau, la vtesse de propagaton de la lumère est 2, m/s. Lorsqu'on observe un bâton dans une bassne d'eau on constate que ce bâton semble "cassé" au nveau de l'entrée dans l'eau. La lumère se propage en lgne drote dans les deux mleux (c l'ar et l'eau); au passage du doptre (surface, que l'on admettra "parfate", qu sépare deux mleux transparents et homogènes), elle change de drecton. Ce phénomène s'appelle la. On peut calculer le rapport entre la vtesse de la lumère c (c est la célérté de la lumère dans le vde) et la vtesse de la lumère v (v est la célérté de la lumère dans le mleu étudé). c = n La valeur n obtenue s appelle l ndce de. v Exercce N 1 : Calculer l ndce de réfracton de la lumère dans l eau. n = Exercce N 2 : Calculer la vtesse de propagaton de la lumère dans le verre sachant que son ndce de réfracton est 1,5. II) Réflexon et réfracton : Lorsqu un pnceau lumneux (ensemble de rayons) rencontre une surface de séparaton entre deux mleux de propagaton transparents, deux pnceaux se forment : Un pnceau qu se propage dans le même mleu que le pnceau (phénomène de ). S.L. 1 Comment déver la lumère Page 1 / 5

2 Un pnceau qu se propage dans le second mleu (phénomène de ). S Pnceau ncdent N Pnceau réfléch S Angle d ncdence Angle de réflexon ' Mleu 1 Mleu 2 I Angle de réfracton r Pnceau réfracté R Exercce N 3 : A partr du document précédent, compléter les phrases suvantes : IN est à la surface de séparaton. L angle SIN est l angle. Le pnceau IR est le pnceau. Le pnceau IS est le pnceau. L angle entre la normale et le rayon réfracté est l angle de. III) Les los de la réflexon et de la réfracton : 1) Les los de la réflexon : a) Premère lo de la réflexon : Normale à la surface S N S réfléchssante Rayon ncdent Rayon réfléch I Réflexon d un rayon lumneux S.L. 1 Comment déver la lumère Page 2 / 5

3 D après le document «Réflexon d un rayon lumneux» de la page précédente, compléter les phrases : Premère lo de la réflexon : le rayon ncdent, le rayon et sont dans un même plan. Ce plan est appelé. Il en sera de même pour le rayon réfracté. b) Deuxème lo de la réflexon : Vor le S.L.1 T.P. N 1 Vérfer les los de la réflexon : 2) Les los de la réfracton : Vor le S.L.1 T.P. N 2 Vérfer les los de la réfracton : 3) Réfracton lmte : Quand un rayon lumneux se propage d un mleu 1 dans un mleu 2 d ndce plus pett, le rayon lumneux ne subt plus de réfracton dès que l angle d ncdence n 2 une valeur lmte L telle que sn L =. Dans ce cas, le rayon ncdent est totalement n 1 : c est le phénomène de. L n 1 > n 2 L n 1 > n 2 n 1 n 1 n 2 n 2 L angle ncdent est à l angle d ncdence lmte L, on obtent un rayon. L angle ncdent est à l angle d ncdence lmte L, on obtent un rayon. Vor le S.L.1 T.P. N 3 Détermner l angle lmte de réfracton. Ces los ont été mses en évdence par Descartes S.L. 1 Comment déver la lumère Page 3 / 5

4 Applcaton : la fbre optque. La fbre optque est un gude d ondes qu explote les proprétés de réfracton de la lumère. Elle est habtuellement consttuée d'un cœur entouré d'une gane. Le cœur de la fbre a un ndce de réfracton légèrement plus élevé (dfférence de quelques mllèmes) que la gane et peut donc confner la lumère qu se trouve entèrement réfléche de multples fos à l'nterface entre les deux matéraux (en rason du phénomène de réflexon totale nterne). L ensemble est généralement recouvert d une gane plastque de protecton. Lorsqu'un rayon lumneux entre dans une fbre optque à l'une de ses extrémtés avec un angle adéquat, l subt de multples réflexons totales nternes. Ce rayon se propage alors jusqu'à l'autre extrémté de la fbre optque sans perte, en empruntant un parcours en zgzag. La propagaton de la lumère dans la fbre peut se fare avec très peu de pertes même lorsque la fbre est courbée. Dans la fbre optque, des sgnaux électrques sont converts en sgnaux optques. On peut convertr des sgnaux électrques en sgnaux optques au moyen d'un transcever Ethernet. Le transcever optque a pour foncton de convertr des mpulsons électrques en sgnaux optques véhculés au cœur de la fbre. A l'ntéreur des deux transcevers partenares, les sgnaux électrques seront traduts en mpulsons optques par une LED et lus par un phototransstor ou une photodode. Il exstent pluseurs types de fbres optques S.L. 1 Comment déver la lumère Page 4 / 5

5 - Les fbres à saut d ndce sont consttuées d un cœur entouré d une gane ; l ndce de réfracton du cœur de la fbre est plus élevé que celu de la gane. Propagaton d un rayon lumneux dans une fbre à saut d ndce. - Les fbres à gradent d ndce sont consttuées d un cœur dont l ndce de réfracton dmnue s l on s élogne de son axe. Le rayon lumneux sut une trajectore courbe. Propagaton d un rayon lumneux dans une fbre à gradent d ndce. IV) Détermnaton de la dévaton d un rayon lumneux traversant une lame à faces parallèles : Une lame à faces parallèles est un mleu réfrngent lmté par deux faces planes et parallèles, ce mleu est placé dans un mleu dfférent, généralement de l ar. Exemple : une vtre placée dans l ar. On étude la marche d un rayon lumneux à travers une lame à faces parallèles d épasseur e comme ndqué sur le schéma ccontre. La dévaton d du rayon lumneux est donnée par la relaton : sn( ˆ ˆr ) d = e cos( ˆr ) (d et e ont la même unté). rayon émergent r d e A rayon ncdent Vor le S.L.1 T.P. N 4 Détermner la dévaton d un rayon lumneux traversant une lame à faces parallèles. S.L. 1 Comment déver la lumère Page 5 / 5