PROPAGATION – REFLEXION – REFRACTION DE LA LUMIERE

PROPAGATION – REFLEXION – REFRACTION DE LA LUMIERE
L’OPTIQUE traite de toutes les lois concernant la lumi•re et les ph‚nom•nes de la vision
1. PROPAGATION :
1.1. Emission de la lumi€re : une source lumineuse est un corps qui •met de la lumi€re :
- soit en la produisant lui-m‚me : soleil, lampe, feu, …
- soit en renvoyant la lumi€re re„ue : c’est le cas de tous les objets •clair•s.
En Optique G•om•trique on parle de 2 types de source de lumi€re :
o source ponctuelle : la lumi€re est •mise † partir d’un point
o source •tendue : la lumi€re est •mise sur une grande dimension
Dans beaucoup de probl€mes on pourra admettre que la source est ponctuelle.
1.2. Transmission de la lumi€re : selon la nature du corps le comportement face † la lumi€re sera
diff•rent :
- corps transparent : se laisse traverser par la lumi€re : air , verre poli, eau, …
- corps opaque : ne laisse pas passer la lumi€re : b•ton, bois, m•tal, …
- corps translucide : laisse passer une partie de la lumi€re, sans pouvoir distinguer les formes :
verre d•poli, calque, …
1.3. Propagation rectiligne de la lumi€re :
- faits d’observation : rayons de soleil au
travers des nuages, un rayon laser, les
contours d’un faisceau de lampe de poche
ou de phare de voiture
-
Principe : DANS UN MILIEU HOMOGENE ET TRANSPARENT, LA LUMIERE SE
PROPAGE EN LIGNE DROITE
-
Applications :
o Alignements optiques : comme les vis•es ou
le jalonnement d’un terrain :
Le piquet P3 est dans l’alignement des piquets
P1 et P2
o Tous les probl•mes d’ombre et de p‚nombre
o
Application : les ph•nom€nes d’•clipse
o Mesure d’une distance ou de la
taille d’un objet :
En appliquant le th‚or•me de
d
D
Thal•s :
=
h
H
2
o DIAMETRE APPARENT d’un objet :
C’est l’angle  sous
lequel on voit l’objet .
On peut •crire que :
tan  =
d
D
2. REFLEXION ET REFRACTION DE LA LUMIERE
Quand la lumi€re frappe la surface de s•paration
de 2 milieux transparents (par exemple air –
eau), on observe un double ph•nom€ne :
- une partie de la lumi€re incidente subit
le ph•nom€ne de REFLEXION : la
lumi€re est renvoy€e dans une direction
privil•gi•e
- une autre partie subit le ph•nom€ne de
REFRACTION : la lumi€re p•n€tre dans
le 2i€me milieu et subit un changement
de direction de propagation
Remarque : La r•partition de lumi€re incidente en lumi€re r•fl•chie et r•fract•e d•pend de :
- l’angle d’incidence i
- la nature du milieu travers•
3. REFLEXION DE LA LUMIERE
3.1. Lois de Descartes :
N
S
Normale
R
Rayon incident
Rayon r•fl•chi
i
r
I
miroir
SI : rayon incident
IR : rayon r•fl•chi
IN : normale (perpendiculaire † la surface)
Plan d’incidence : plan form• par le rayon
incident et la normale
Angle d’incidence : c’est l’angle entre le
rayon incident et la normale
Angle de r•flexion : c’est l’angle entre le
rayon r•fl•chi et la normale
LOIS DE DESCARTES :
a- le rayon r•fl•chi est situ• dans le
plan d’incidence
 
b- les angles i et r sont •gaux :
 
i = r
3.2. Image d’un objet dans un miroir plan
Image A’B’ = sym•trique de AB par rapport au plan du
miroir
Image A’B’ = image virtuelle : ne peut pas ‚tre projet•e
sur un •cran
Image A’B’ a la m‚me taille que l’objet AB
3
Trac• des rayons r•fl•chis :
- on place S’, sym•trique de S par rapport au plan
du miroir
- on trace les rayons incidents
- pour obtenir les rayons r•fl•chis, la lumi€re
semble provenir de S’
4. REFRACTION DE LA LUMIERE
4.1. Lois de Descartes :
On utilise un demi-disque transparent :
- la face d’entr•e est PLANE = face d’•tude
- la face de sortie est CICULAIRE pour •viter toute
r•fraction † la sortie
SI : rayon incident
IR : rayon r•fract•
NIN’ : normale † la surface
i1 = angle d’incidence
i2 = angle de r•fraction
LOIS DE DESCARTES :
a- le rayon r•fract• est situ• dans le plan d’incidence
b- les angles i1 et i2 ob•issent † la loi :
n1 et n2 sont les indices de r•fraction du milieu 1 et du milieu 2
Indice de r•fraction absolu :
n =
c
v
n1 sin i1 = n2 sin i2
avec c = vitesse de propagation dans le vide
c = 3 . 108 m.s–1
v = vitesse de propagation dans le milieu
Quelques valeurs d’indice de r•fraction :
SOLIDES
Verre ordinaire
Plexiglas
Cristal
Verre au plomb
Diamant
Indice n
1,52
1,50
1,60
1,90
2,42
LIQUIDES
Alcool
Eau
Ac•tone
Benz€ne
Sulfure de carbone
Indice n
1,30
1,33
1,36
1,50
1,63
GAZ
Air
Dihydrog€ne
Dioxyde de carbone
VIDE
Indice n
1,00029
1,00014
1,00045
1
4.2. Deux cas de figure
a-
La lumi€re passe dans un milieu PLUS REFRINGENT :
n2 > n1
n1 sin i1 = n2 sin i2
Comme n2 > n1
Donc : i1 > i2

sin i1 > sin i2
L’angle d’incidence peut varier entre 0 et 90ƒ
L’angle de r‚fraction varie entre 0 et  (angle limite)
4
b-
La lumi€re passe dans un milieu MOINS REFRINGENT :
n2 < n1
n1 sin i1 = n2 sin i2
Comme n2 < n1
Donc : i1 < i2
sin i1 < sin i2

L’angle d’incidence peut varier entre 0 et l’angle limite 
L’angle de r‚fraction varie entre 0 et 90ƒ
Calcul de l’angle limite :
n1 sin  = n2 sin 90ˆ
n2

sin  =
n1
L’angle limite se trouve toujours dans le milieu avec l’indice le plus fort
4.3. Applications
- Le b€ton bris•
Les rayons lumineux issus du point A se r•fractent en s’•cartant
de la normale lors du passage eau vers l’air . L’œil qui re†oit les
rayons r•fract•s, va avoir l’impression que ces rayons
proviennent du point A’. nous avons alors la sensation de voir
l’objet BRISE
Fontaines lumineuses et guides de lumi‚re
-
Les angles d’incidence i1 et i2 sont sup€rieurs •
l’angle de r€fraction limite. Les rayons lumineux
subissent alors le ph€nomƒne de r€flexion totale et
la lumiƒre est canalis€e dans le tube
Prisme ƒ r•flexion
-
L’angle de r€fraction limite verre/air est de 41„ environ. Les
angles d’incidence i1 et i2 sont €gaux • 45„, donc les rayons
lumineux subissent le ph€nomƒne de r€flexion totale et la
lumiƒre ressort dans une direction privil€gi€e.
Application dans divers instruments d’optique, appareils photo
REFLEX, p€riscope, …
lampe
Endoscope / Fibres opiques
Utilis• en m•decine, l’endoscope permet de filmer et
de contr‚ler le fonctionnement des artƒres, poumons
estomac, etc…
Il est de plus en plus utilis• en chirurgie pour •viter les
grosses op•rations.
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