vitesse à laquelle l onde se déplace dans un milieu. distance entre deux crêtes consécutives. nombre d oscillations par seconde.

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1 05 Réfraction Physique passerelle hiver Vitesse de propagation Toutes les ondes (sonores, lumineuses...) possèdent ces trois paramètres : 1) La vitesse de propagation : 2) La longueur d onde : 3) La fréquence : vitesse à laquelle l onde se déplace dans un milieu. distance entre deux crêtes consécutives. nombre d oscillations par seconde. 1) Ordres de grandeur pour la vitesse de propagation : (page 177) onde + milieu vitesse de propagation [m/s] son dans l air sec à 20 C 343 son dans l eau à 20 C 1485 son dans le fer à 20 C 5850 lumière dans le vide ) Ordres de grandeur pour la longueur d onde : onde + milieu longueur d onde [m] son grave dans l air à 20 C 20 son aigu dans l air à 20 C 0,02 lumière rouge dans le vide 0, ) Ordres de grandeur pour la fréquence : onde fréquence [Hz] son grave 17 son aigu lumière rouge La relation entre ces trois paramètres est donnée par : = (page 155) est la vitesse de propagation en [m/s] est la longueur d onde en mètres [m] est la fréquence en Hertz [Hz] Examen d hiver 2013 : 05. Réfraction Physique passerelle Page 1 sur 7

2 2. Indice de réfraction La vitesse de propagation de la lumière dépend du milieu qu elle traverse : Par définition : L indice de réfraction d un milieu indique à quel point il freine la lumière. Ordres de grandeur : (page 174) milieu indice de réfraction [] vide 1 air 1, eau 1,3330 verre 1,5 diamant 2,417 On remarque que l indice de réfraction est toujours supérieur ou égal à 1 : 1 (page 157) est l indice de réfraction [ ] =1 correspond au vide La relation entre l indice de réfraction d un milieu et la vitesse de propagation de la lumière est la suivante : = (page 157) est l indice de réfraction [ ] est la vitesse de la lumière dans le vide en [m/s] est la vitesse de la lumière dans le milieu en [m/s] Examen d été 2010 : Examen d hiver 2015 : 05. Réfraction Physique passerelle Page 2 sur 7

3 3. Loi de Snell-Descartes Le phénomène de réfraction provoque des illusions d optique dans la vie courante : La réfraction est le fléchissement d un rayon lumineux qui passe d un milieu à un autre : Les angles sont liés aux indices de réfraction par la loi de Snell-Descartes : = (page 157) est l indice de réfraction du milieu 1 [] est l indice de réfraction du milieu 2 [] est l angle d incidence en degrés [ ] est l angle de réfraction en degrés [ ] Examen d été 2012 : Examen d été 2010 : 05. Réfraction Physique passerelle Page 3 sur 7

4 4. Réflexion partielle ou totale En passant de l air à l eau, les rayons lumineux subissent à la fois une réfraction et une réflexion : Chaque rayon incident est partiellement réfracté et partiellement réfléchi : En passant de l eau à l air, il existe un angle limite de réfraction : Angle d incidence à partir duquel la réfraction n est plus possible. Au-delà de cet angle, il ne subsiste que la réflexion totale : 05. Réfraction Physique passerelle Page 4 sur 7

5 5. Exercices Exercice 1 a) Sachant que la vitesse de propagation de la lumière dans l'eau est de 2, m s -1, quel est I'indice de réfraction de l'eau? Rép. : 1,33 b) Sachant que l'indice de réfraction du plexiglas est de 1,50, quelle est la vitesse de propagation de la lumière dans ce milieu? Rép. : km/s Exercice 2 Cochez les deux bonnes réponses : La vitesse de la lumière dans un milieu est d'autant plus grande que l'indice de de ce milieu est grand. La vitesse de la lumière dans un milieu est d'autant plus petite que l'indice de ce milieu est grand. Un rayon qui passe d'un milieu à un second d'indice inférieur se rapproche de la normale. Un rayon qui passe d'un milieu à un second d'indice inférieur s'éloigne de la normale. Exercice 3 Classer les milieux transparents suivants par ordre croissant de la vitesse de la lumière : verre, air, eau, diamant. Exercice 4 (examen d hiver 2013) Exercice 5 (examen d hiver 2009) Exercice 6 (examen d hiver 2009) Exercice 7 Un élève a noté, comme réponse à un calcul : indice de réfraction du second milieu = 0,84. On peut affirmer que cette réponse est fausse. Pourquoi? Exercice 8 Pour chaque figure, mesurer les angles d'incidence et de réfraction. 05. Réfraction Physique passerelle Page 5 sur 7

6 Exercice 9 Pour chaque figure, préciser si l'indice de réfraction n 1 est supérieur, inférieur ou égal à l'indice de réfraction n 2. Exercice 10 La loi de Snell-Descartes s'applique à un rayon lumineux passant d'un milieu 1 dans un milieu 2 : a) Cette loi s'écrit-elle différemment si la lumière passe du milieu 2 dans le milieu 1? b) Calculer l'angle de réfraction pour un rayon lumineux passant de l'air dans l'eau si l'angle d'incidence est de 73. L'indice de l'eau vaut 1,33 et celui de l'air vaut 1,00. Rép. : 46 c) Calculer l'angle d'incidence pour un rayon lumineux passant de l'air dans le verre si l'angle de réfraction est de 38. L'indice du verre vaut 1,50 et celui de l'air vaut 1,00. Rép. : 67 Exercice 11 Un rayon lumineux passe de l'air dans un liquide. L'angle d'incidence mesure 72 et celui de réfraction 40. Calculer la vitesse de la lumière dans ce liquide. Rép. : km/s Exercice 12 On fait passer un rayon lumineux d'un premier milieu transparent dans de l air. Durant l'expérience, on augmente graduellement la valeur de l'angle d'incidence et on constate qu'à partir d'un angle de 24, le rayon réfracté dans l'air disparait. a) Calculer l'indice de réfraction du premier milieu. Rép. : 2,45 b) Calculer la vitesse de la lumière dans le premier milieu. Rép. : 1, m/s Exercice 13 Un rayon lumineux subit une réfraction au passage de deux milieux transparents (milieu A et milieu B). a) Compléter les cases vides du tableau à partir des valeurs déjà mentionnées. vitesse de propagation de la lumière indice de réfraction angle d'incidence / de réfraction milieu A km/s milieu B b) Dans quel ordre les deux milieux doivent-ils être traversés par la lumière pour que le rayon réfracté s'écarte de la normale? c) Calculer dans ce cas l'angle d'incidence à partir duquel il y a réflexion totale. Rép. : 38,7 05. Réfraction Physique passerelle Page 6 sur 7

7 Exercice 14 Pour atteindre un poisson avec un harpon à travers une surface d'eau, faut-il viser au-dessus ou au-dessous de ce que l'on voit (on suppose que le harpon ne change pas de direction en pénétrant dans l'eau)? Exercice 15 Lorsqu'on observe des poissons dans un aquarium, ils nous paraissent légèrement plus grands qu'en réalité. Expliquer pourquoi. Exercice 16 Une pièce de monnaie est placée au fond d'une cuve contenant de l'eau. Pour un observateur dont l œil est représenté en O, la pièce semble se trouver au point A. Construire la position réelle de la pièce au fond de la cuve. Exercice 17 Les figures représentent une cuve partiellement remplie d'eau et un rayon lumineux (I). Quelle est la figure qui représente correctement le parcours du rayon? la figure n 1 la figure n 2 la figure n 3 la figure n 4 la figure n Réfraction Physique passerelle Page 7 sur 7