~ 780 nm à ~ 390 nm [Rouge Violet] non-visible: radio / -onde / IR ]

Transcription

1 Onde sonore = onde mécanique de compression d'un milieu (la propagation nécessite un milieu) Onde lumineuse = onde électromagnétique (la propagation peut se faire dans le vide) associée au déplacement de photons de masse nulle. Double aspect: ondulatoire (onde EM) et corpusculaire (photon) Dans le vide: - vitesse de propagation: c = km/s c est une vitesse limite qu'aucune particule de masse non-nulle ne peut atteindre ou dépasser -énergied'un photon: E = hf avec h: constante de Planck f: fréquence de l'onde EM associée - domaine du visible (humain): f = ~ Hz à ~ Hz comme c = 0 f 0 ~ 780 nm à ~ 390 nm [Rouge Violet] non-visible: radio / -onde / IR ] [ UV / RX / R La perception par l'œil d'une onde lumineuse émise par un objet est suivie de l'interprétation par le cerveau de la fréquence de l'onde en une couleur, et de la direction de la position de la source de l onde (2 yeux estimation de la position).

2 Dans un milieu matériel: interaction de l'onde EM avec le milieu vitesse de propagation plus petite Caractérisé par l'indice de réfraction: n milieu = c/v milieu Réflexion: direction du rayon réfléchi? milieu 1 milieu 2 Onde incidente A A' i Onde réfléchie (direction à trouver) r B B' Le milieu est d'autant plus réfringent que l'indice de réfraction est grand Phénomènes à l'interface entre deux milieux: absorption, réfraction, réflexion - propagation d'une onde incidente à vitesse v i - A et B (du front de l'onde incidente) en phase - distance BB' = v i t - réflexion en A - comme v r = v i, AA' = BB' - A' et B' sont en phase, donc même front d'onde - comme le front A'B' doit être perpendiculaire à la direction de propagation, cela positionne A'. d'où, i = r Remarque: - i est aussi défini comme l'angle entre le rayon incident et la normale à la surface, et r comme l'angle entre le rayon réfléchi et la normale à la surface. - rapport des intensités pour i = 0 : I r /I i = [(n 1 -n 2 )/(n 1 +n 2 )]² - réflexion spéculaire (interface plat et lisse) ou diffuse (interface irrégulier)

3 Passage d'un milieu à un autre: f ne change pas, mais v change, et donc Réfraction: direction du rayon réfracté? milieu 1 milieu 2 A v milieu 2 > v milieu 1 d'où n 2 < n 1 Onde incidente 1 A' 2 B B' Onde réfractée ou transmise (direction à trouver) - propagation d'une onde incidente à vitesse v 1 - A et B (du front de l'onde incidente) en phase - distance BB' = v 1 t - réfraction en A - AA' = v 2 t > BB' - A' et B' sont en phase, donc même front d'onde - comme le front A'B' doit être perpendiculaire à la direction de propagation, cela positionne A'. - analyse des triangles AB'B et AB'A' 1/AB' sin 1 / BB' = sin 2 / AA' d'où sin 1 / v 1 t= sin 2 / v 2 t Remarque: est aussi défini comme l'angle entre le rayon et la normale à la surface. d'où n 1 sin 1 = n 2 sin 2 Loi de Snell-Descartes

4 Pourquoi la lumière ne sort-elle que par l'extrémité et non par la face latérale des cylindres en plastique de cette tresse?

5 Réflexion totale: lorsque le rayon ne peut plus passer du milieu de l'onde incidente (n i ) vers le milieu de l'onde transmise (n t ) Snell-Descartes n i sin i = n t sin t ou encore sin i = sin t n t / n i Si i augmente, t augmente aussi. Si n i > n t, il existe un angle d'incidence limite i,limite conduisant à t = 90 c'est-à-dire sin i,limite = n t / n i Donc: plus de réfraction si - le rayon incident est dans le milieu le plus réfringent - l'angle d'incidence i > i,limite Réflexion totale dans la fibre optique plus réfringente que le milieu extérieur n t n i n t

6 «Tromperies» dues à la réflexion: Le miroir rayon virtuel rayon réel image virtuelle objet réel Je me vois là où je ne suis pas... miroir partie inutile

7 «Tromperies» dues à la réflexion: Le reflet à la surface de l eau (qui est aussi un «miroir») n air Je vois l arbre deux fois: une fois là où il est, et une fois dans l eau (à l envers ) n eau

8 La route humide ou chaude?

9 Le mirage

10 «Tromperies» dues à la réfraction: Où est le poisson? air eau Le poisson n est pas là où je le vois mais ici plus bas!

11 Réfraction par une lame à faces parallèles air i verre t i air t Face gauche: n verre sin t = n air sin i (1) Face droite: n verre sin i = n air sin t (2) Or i t (angles alterne-interne) d où, en divisant (1) par (2) t i donc, rayon sortant parallèle au rayon entrant. L œil est (un peu) trompé en ce qui concerne la position de la source

12 Réfraction par un prisme i t 'i déviation ' t n extérieur L œil est à nouveau trompé en ce qui concerne la position de la source n prisme n extérieur sin t = (n ext / n prisme ) sin i (Snell-Descartes) ' i = - t car + (90 - t ) + (90 - ' i ) = 180 sin ' t = (n prisme / n ext ) sin ' i (Snell-Descartes) On peut montrer que l'angle de déviation vaut: déviation = i + ' t - L'angle de déviation dépend de n prisme, qui dépend de la fréquence de l'onde décomposition de lumière blanche

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