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
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 3.10 8 1 Air 3.10 8 1 Eau,5.10 8 1,33 Verre 1,7.10 8 à.10 8 1,5 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
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
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
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).
La formule de Descartes est : 1 + 1 = 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