La réfraction de la lumière. Étude de la déviation des rayons lumineux.

Attention : le cube ne devra plus bouger. Tracer un trait au premier tiers environ d’une feuille blanche et placez un cube de verre sur la ligne. Tracer d’un pointillé léger le pourtour du cube. Attention : le cube ne devra plus bouger.

Repérer par un petit point, la position du repère situé à l’arrière du cube : point A

Placer un viseur (V1) sur la feuille devant le verre, viser le point A, puis, avec un deuxième viseur (V2), viser le point A et le premier viseur, de telle sorte que A, V1 et V2 soient alignés à travers les viseurs. A V1 V2 Marquer sur la feuille la position de chaque viseur (V1 et V2).

Enlever le cube et les viseurs Enlever le cube et les viseurs. Tracer la ligne joignant V1 et V2 jusqu’à la ligne bordant le verre. Soit I le point d’intersection des deux lignes. A I V1 V2

Tracer la ligne joignant I et A en trait plein dans la partie verre, en pointillé avant A.

La ligne AI représente le trajet suivi par la lumière dans le verre, c’est le rayon incident. Fléchez ce rayon. La ligne IV1V2 représente le trajet suivi par la lumière dans l’air, c’est le rayon réfracté. Fléchez ce rayon. A rayon incident verre I V1 air rayon réfracté V2

On remarque que le rayon lumineux AI, en traversant la surface séparant le verre de l’air, a été dévié : c’est le phénomène de réfraction. La surface de séparation entre deux milieux différents (ici le verre et l’air) s’appelle un dioptre. A rayon incident verre dioptre I air V1 rayon réfracté V2

Tracer en pointillé la perpendiculaire au dioptre passant par I Tracer en pointillé la perpendiculaire au dioptre passant par I. Cette ligne s’appelle la normale au dioptre. Faire apparaître les deux angles î et r tels qu’ils sont définis ci-dessous. Normale au dioptre î A rayon incident dioptre I r rayon réfracté On définit deux angles : L’angle î, appelé angle d’incidence, entre le rayon incident et la perpendiculaire au dioptre. L’angle r, appelé angle de réfraction, entre le rayon réfracté et la perpendiculaire au dioptre.

Tracer un cercle de rayon quelconque de centre I. H H’ î A I r Soit H l’intersection du cercle avec le rayon incident. A partir de H, abaisser la perpendiculaire à la normale au dioptre. Soit H’ ce nouveau point d’intersection.

H H’ î A I r K’ K Soit K le point d l’intersection du cercle avec le rayon réfracté. Soit K’ le point d’intersection avec la normale au dioptre, KK’ étant perpendiculaire à la normale au dioptre.

Courage, on arrive au bout…

Pour établir la loi reliant î et r, nous allons d’abord exprimer les sinus de ces angles. H H’ î A I r K’ K Sin î = HH’ / HI (côté opposé / hypoténuse) Sin r = KK’ / KI Or HI = KI Pour comparer les sinus, il suffit donc de comparer HH’ et KK’.

Il ne vous reste plus qu’à mesurer HH’ et KK’, calculer KK’/HH’, comparer votre résultat avec ceux des autres binômes, et conclure.