La réfraction de la lumière

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1 La éfaction de la lumièe Objectif Obseve la éfaction de la lumièe blanche et etouve la loi pemettant de elie le changement de diection de la lumièe au changement d indice du milieu de popagation. Appéhende un concept pa son évolution au cous des siècles. Apès fomulation, valide ou non pa l'expéimentation un modèle mathématique. Utilise cette loi pou mesue l indice de éfaction d un milieu homogène tanspaent (los d'une seconde séance) Compétences Mene une étude expéimentale su la éfaction. Mette en œuve un potocole expéimental pou détemine l indice de éfaction d un milieu. Pé equis Savoi qu il y a popotionnalité ente deux gandeus losque la coube epésentative d une gandeu en fonction de l aute est une doite passant pa l oigine. Savoi que la lumièe se popage de façon ectiligne dans un milieu homogène et tanspaent. Savoi qu un faisceau de lumièe est invisible, et que pou le visualise il faut utilise de fines paticules diffusantes (poussièes, gouttelettes d eau, faine) I. Ce qu'il faut compende. On appelle éfaction de la lumièe le changement de diection que la lumièe subit à la tavesée de la suface de sépaation ente deux milieux tanspaents. ayon incident i ayon éfléchi Milieu tanspaent 1 (d indice de éfaction n 1 ) suface de sépaation ente les deux milieux tanspaents Milieu tanspaent 2 (d indice de éfaction n 2 ) ayon éfacté nomale (= pependiculaie) à la suface de sépaation ente les deux milieux tanspaents

2 En vous aidant du schéma pécédent, annote la figue ci-dessous coespondant au dispositif expéimental que vous allez utilise. lantene 90 0 i I 0 06 plexiglas II. Ce qu'il faut faie. Dans ce qui suit, vous touveez une apide pésentation de quate scientifiques ainsi qu'une pésentation de leus tavaux ou convictions su le phénomène qui nous intéesse aujoud'hui (en italique). Vote tavail consiste à concevoi et éalise une expéience vous pemettant de confime ou non les aguments des scientifiques. Les hypothèses des savants. Claude PTOLÉMÉE, (II e siècle apès JC) Claudius Ptolemaeus, communément appelé Ptolémée était un astonome et astologue gec qui vécut à Alexandie (aujoud hui en Égypte). Il est également l un des pécuseus de la géogaphie. Ptolémée fut l auteu de plusieus taités scientifiques. Il s'est livé à des commentaies d'ode qualitatif et a obsevé que : a. Le ayon incident et le ayon éfacté sont situés dans un plan pependiculaie à la suface de éfaction. Réponse b. Les ayons pependiculaies à la suface de sépaation ne sont pas éfactés. Réponse

3 c. L'impotance de la éfaction dépend de la densité du milieu. Il a emaqué que si i 1 et i 2 sont les angles d'incidence et 1 et 2 les angles de éfaction et si i 1 > i 2 alos i 1 / i 2 > 1 / 2. Réponse Robet GROSSETÊTE Maîte des études à l univesité d Oxfod ( ), fut l'un des pionnies de la méthode expéimentale en affimant : l'expéimentation est le meilleu moyen de l'étude de la éflexion et de la éfaction de la lumièe. S'appuyant su les taités d'optique d Ibn al-haytham, il étudie les ayons diects, les ayons éfléchis, les ayons déviés. Il s'intéesse à la fomation de l'ac-en-ciel et tavaille su les lentilles et les miois La loi de la éfaction qu'il a poposée est : L'angle de éfaction est égal à la moitié de l'angle d'incidence. Réponse Johannes KEPLER Physicien allemand ( ) était convaincu que la bonne équation devait pende la fome d une fonction tigonométique. Il n a pas découvet cette équation mais a poposé : L angle de éfaction est popotionnel à l angle d'incidence pou des valeus d'angles petites. Réponse René DESCARTES Philosophe et savant fançais ( ) On lui attibue la loi de la éfaction (1637) qui fait inteveni le sinus de l angle d incidence (sin i) et le sinus de l angle de éfaction (sin ). Cette loi affime que le appot sin i / sin est constant losque la lumièe passe d'un milieu tanspaent à un aute. Remaque: Quelques années avant Descates, un physicien hollandais nommé Snell avait également affimé la même chose

4 Réponse Pistes appotées aux élèves qui sollicitent de l'aide PTOLEMEE b. Si les ayons ne sont pas éfactés, est-il possible d'obseve de la lumièe sotant du demi cylinde de Plexiglas? c. Réfléchi à ce que Ptolémée entendait pa densité d'un milieu. Il peut ête intéessant de mene deux études difféentes. Milieu 1: Ai et Milieu 2 : Plexiglas Milieu 1: Ai et Milieu 2: Eau... GROSSETETE Quelle que soit la valeu de l'angle d'incidence i que vous choisissez alos = i / 2... KEPLER Si l'angle d'incidence i ne pend pas des valeus top impotantes alos = k i avec k un nombe positif entie ou décimal... DESCARTES Vous devez choisi plusieus valeus difféentes pou l'angle d'incidence i et mesue à chaque fois la valeu de l'angle de éfaction coespondante. Regoupez ensuite vos mesues dans le tableau suivant et effectue les calculs demandés. i sin i

5 sin sin i sin