Au programme de ce chapitre
- I. Le phénomène et l'indice de réfraction
- II. La loi de Snell-Descartes
- III. Pièges et entraînement
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition La réfraction est le changement de direction d'un rayon lumineux quand il traverse la surface de séparation (le dioptre) entre deux milieux transparents différents. Elle est due au changement de vitesse de la lumière. On mesure l'angle d'incidence i1 et l'angle de réfraction i2 par rapport à la normale.
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Un exemple corrigé
Exemple Si le fond d'une piscine semble plus proche, c'est parce que les rayons venant du fond s'écartent de la normale en sortant de l'eau. Ton cerveau prolonge ces rayons en ligne droite et place le fond plus haut qu'il n'est vraiment.
Lexique
- réfraction
- changement de direction de la lumière au passage d'un milieu à un autre
- dioptre
- surface de séparation entre deux milieux transparents
- indice de réfraction
- n = c / v, rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide et dans le milieu
- réfringent
- se dit d'un milieu d'indice élevé, où la lumière est plus lente
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — intervertir n<sub>1</sub> et n<sub>2</sub>. L'indice n1 est celui du milieu d'où vient la lumière. En passant de l'air à l'eau, sin i2 = 1,00 × sin i1 / 1,33 ; avec l'inverse, ton angle réfracté serait plus grand que l'angle d'incidence, ce qui contredit la règle qualitative.
Piège — un sinus supérieur à 1. Si tu trouves sin i2 > 1, ta calculatrice affiche une erreur. Ce n'est pas un défaut de la machine : cela signifie qu'il n'existe pas de rayon réfracté. Tu es dans le cas de la réflexion totale.
Attention Les angles de la loi de Snell-Descartes se mesurent depuis la normale, jamais depuis la surface. Vérifie aussi que ta calculatrice est en mode degrés (DEG), sinon tous tes résultats seront faux.
L'astuce du prof
Astuce — la règle qualitative d'abord. Avant de calculer, annonce si l'angle va augmenter ou diminuer : n2 plus grand → i2 plus petit. Ton calcul n'est plus qu'une confirmation, et tu repères directement une inversion de n1 et n2.
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1 — Un liquide inconnu
Dans un liquide transparent, la lumière se propage à 2,05 × 108 m/s. Quel est son indice de réfraction ? Est-il plus ou moins réfringent que l'eau (n = 1,33) ?
Voir la correction
n = c / v = 3,00 × 108 / 2,05 × 108 ≈ 1,46. Cet indice est supérieur à 1,33 : le liquide est plus réfringent que l'eau, et la lumière y est plus lente.
Exercice 2 — L'eau sous différents angles
Un élève envoie un rayon de l'air (n = 1,00) vers l'eau (n = 1,33) avec trois angles d'incidence.
Calcule les angles de réfraction. Que remarques-tu quand i1 augmente ?
| i1 (°) | 20 | 40 | 60 |
|---|---|---|---|
| i2 (°) | ? | ? | ? |
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Pour chaque colonne sin i2 = sin i1 / 1,33. À 20° : 0,257, donc i2 ≈ 14,9°. À 40° : 0,483, donc ≈ 28,9°. À 60° : 0,651, donc ≈ 40,6°. Quand i1 augmente, i2 augmente aussi mais reste toujours plus petit, et la déviation devient plus forte.