Thème : PHENOMENES VIBRATOIRES. Chap 2 : REFLEXION ET REFRACTION DE LA LUMIERE

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1 Thème : PHENOMENES VIBRATOIRES hap : REFLEXION ET REFRATION DE LA LUMIERE 1) Itroductio : La lumière est de l éergie qui se propage sous forme de rayoemet. Das u milieu homogèe, liéaire, isotrope (mêmes propriétés das toutes les directios et qui e déped pas du temps) et trasparet, la lumière se propage e lige droite. Le trajet de la lumière est idépedat de so ses de propagatio : c est le pricipe du retour iverse. U rayo lumieux sera représeté par ue droite. Remarque : das u milieu hétérogèe, la lumière e se propage plus e lige droite mais de faço icurvée. Exemples : N 1 laser Idice de réfractio croissat Eau salée ou sucrée Plus cocetrée au fod Das le desert N oeil Température croissate et décroissat mirage Visio tagetielle aux rayos lumieux N 3 N 4 Quad il fait très chaud et par temps esoleillé, o croit voir sur la route de l eau : c est l image du ciel sur la route. Le rayo lumieux est dévié laser Semelle du fer à repasser très chaud

2 La célérité de la lumière (vitesse de propagatio) déped du milieu das lequel elle se propage. Le vide est le milieu où elle se déplace le plus rapidemet. O défiit l idice de réfractio du milieu : = est doc sas uité et supérieur ou égal à 1. célérité de la lumière das le vide (e m/s) célérité de la lumière das le milieu (e m/s) Exemples : Milieux élérité e m/s Idice de réfractio du milieu Vide Air Eau, ,33 Verre 1, à ,5 à 1,76 Diamat 1,3.10 8,43 Das u milieu homogèe, liéaire, isotrope et trasparet u rayo lumieux peut être modifié de différetes maières : la réflexio et la réfractio. ) La réflexio : Diffusio : Lorsqu'ue surface éclairée revoie la lumière das toutes les directios, o dit qu'elle diffuse la lumière. (ex : feuille de papier blac). Feuille de papier blac Réflexio : Lorsqu'ue surface éclairée revoie la lumière das ue directio privilégiée, o dit qu'elle réfléchit la lumière. (ex : feuille d'alumiium, miroir ). Utilisos u miroir. U miroir est ue surface polie réfléchissate. Source S Rayo icidet O : observateur air i r Rayo réfléchi miroir S i : agle d icidece r : agle de réflexio

3 U observateur placé e O reçoit le rayo réfléchi qui semble proveir de S (image de S par rapport au miroir). La loi de Descartes pour la réflexio est : agle d idicece i= agle de réfractio r Propriétés de l ode réfléchie : mêmes fréquece, période, logueur d ode que l ode icidete. 3) La réfractio : Rayo icidet air iterface eau i Rayo réfracté O evoie u rayo lumieux à la surface de l'eau. O costate que les deux rayos sot das le même pla mais ot pas la même directio : le rayo est réfracté, sa directio a chagé Exp : u rayo icidet das l air d idice 1 (proveat d ue lampe + ue fete) arrive sur u demi disque e plexiglas d idice. Pour différetes valeurs de l agle d icidece, mesurer l agle de réfractio i das le plexiglas. si i1 omparer et i. Puis calculer :. O remarque que ce rapport est costat. Il est égal à. si i 1 Détermier l idice de réfractio du plexiglas. La loi de Descartes pour la réfractio est : 1 si = sii 1 er cas : la lumière péètre das u milieu plus réfriget : > 1 : > 1 doc sii < si soit i < : le rayo réfracté se rapproche de la. Rayo icidet Milieu 1 : idice 1 iterface Milieu : idice > 1 i Rayo réfracté

4 1 A la limite, quad = 90 o a : sii max = : Milieu 1 : idice 1 Rayo icidet = 90 iterface Milieu : idice > 1 i max Rayo réfracté ème cas : la lumière péètre das u milieu mois réfriget : < 1 : 1 > doc sii >si soit i > :le rayo réfracté s'écarte de la : Rayo icidet Milieu 1 : idice 1 iterface Milieu : idice < 1 i Rayo réfracté A la limite, quad i = 90 o a : silimite =. 1 Rayo icidet Milieu 1 : idice 1 limite i = 90 Rayo réfracté iterface Milieu : idice < 1 Si > limite o a réflexio totale das le milieu 1 : Rayo icidet i = Rayo réfléchi Milieu 1 : idice 1 limite iterface Milieu : idice < 1

5 4) Applicatio de la réfractio : les letilles mices : lampe + 5 fetes : 5 rayos lumieux parallèles Ils arrivet sur différets types de letilles covexes et cocaves, les retourer pour voir si cela chage quelque chose. Les classer par famille. ovexes : letilles covergetes cocaves : letilles divergetes. letilles mices covergetes ses de propagatio de la lumière letilles mices divergetes ses de propagatio de la lumière F espace objet O F' espace image axe optique F' espace objet O F espace image axe optique O : cetre optique : tout rayo arrivat sur la letille et passat par O la traverse sas être dévié. F': foyer pricipal image : tout rayo parallèle à l'axe optique émerge de la letille e passat par F'. F : foyer pricipal objet : tout rayo passat par F émerge de la letille parallèlemet à l'axe optique. Les foyers F et F'ot la même défiitio que pour les letilles mices covergetes. F et F'sot virtuels. F'est à gauche de O. F et F'sot symétriques par rapport à O. F'est à droite de O. OF' = f 'est la distace focale image (e mètre) f '> 0 La vergece est ou V = 1 f ' e dioptries (δ) elle OF' = f '< 0 La vergece a la même défiitio et est égative. est positive U objet das l'espace objet est réel. U objet das l'espace image est virtuel. Ue image das l'espace objet est virtuelle. Ue image das l'espace image est réelle. coditios de Gauss : pour obteir ue image de boe qualité il faut : - des rayos faiblemet icliés par rapport à l'axe optique - des rayos lumieux recotrat la letille au voisiage de sa régio cetrale. O suppose que ces coditios sot toujours remplies pour résoudre les exercices. Formules de Descartes : U objet AB de faibles dimesios est placé perpediculairemet à l'axe. O appelle A'B'l'image de AB. O défiit les otatios suivates : Positio de l objet p = OA, positio de l image p'= OA', distace focale OF' = f ': ces gradeurs sot algébriques (elles peuvet être positives ou égatives).

6 La formule de Descartes est : = 1 OA OA' OF' La formule du gradissemet est : γ = A ' B' = OA' AB OA B A F O F' A' B' 5) Propagatio d u rayo lumieux das ue fibre optique : L idée d utiliser la lumière comme support de trasmissio de l iformatio est relativemet aciee, mais les premières applicatios ot pu être mises au poit qu après l apparitio du laser. otrairemet aux odes hertziees (radio, TV), u faisceau lumieux e peut pas se propager das l atmosphère sur de logues distaces sas être attéué. E effet, l éergie qu il trasporte est rapidemet absorbée, diffusée par les poussières, les molécules d eau De plus, le faisceau lumieux est dévié par les variatios de l idice de l air. Aussi doit-o disposer d u milieu de propagatio protégé, parfaitemet trasparet et dépourvu d impuretés. Les milieux e verre utilisés sot à base de silice. es verres cotieet 1µg d impuretés par kg et ce est qu au bout de 100 km que l éergie trasmise d u faisceau ifrarouge subit u affaiblissemet de 1%. Fibre à saut d idice : (cf sujet de BTS) Gaie : idice G i 3 (=90 - i ) i œur : idice Air Idice =1 Gaie : idice G Vue e coupe Il faut que le rayo lumieux se réfléchisse sur la gaie afi d avoir ue propagatio das le cœur. Il y a doc ue limite à e pas dépasser pour l agle d icidece. si i 1limite car si i = 3limite si i = G limite = = si(90 - i 1- cos limite i limite ) = cos i = limite 1- G = - G