ROG Ch1

Texte intégral

(1)Rappel de cours d’Optique Géométrique : I-Introduction et Lois Fondamentales Nature de la lumière : dualité onde/ corpuscule La lumière est formée de particules (corpuscules) de masse nulle appelés « photons », mais elle est aussi une onde électromagnétique. Ces deux natures de la lumière permettent chacune de son côté d’expliquer des comportements différents de la lumière. L’effet photoélectrique par exemple ne peut être expliqué que par la nature corpusculaire de la lumière, alors que les phénomènes d’interférences ne peuvent l’être que par sa nature ondulatoire. 1-Nature ondulatoire de la lumière : Lorsque l’on considère la nature ondulatoire de la lumière, on parle (comme pour toute les ondes périodiques) de longueur d’onde λ, c'est-à-dire de la distance entre deux crêtes successives ; de fréquence ν, qui est le nombre de crêtes passant par le même point par seconde; de période , c'est-à-dire du temps qui s’écoule entre le passage au même point de deux crêtes successive et de vitesse de propagation qui est la vitesse de déplacement d’une crête. La relation liant ces grandeurs est :. La lumière visible n’est qu’une très petite partie des ondes électromagnétiques, la longueur d’onde de la lumière visible se situe entre 400nm et 800nm (1nm= 10-9m) alors que le spectre des ondes électromagnétiques que l’on détecte est beaucoup plus large, il varie entre des longueurs d’onde d’environ 10-14m à 108m. Dans le vide, les ondes électromagnétiques se propagent toutes à la même vitesse c = . Dans un milieu matériel, la vitesse de propagation de l’onde électromagnétique est inférieure à , le rapport entre ces deux vitesses est appelé indice de réfraction :. Cet indice est une grandeur sans unité et toujours supérieure à 1. On dit qu’un milieu 1 est plus réfringent qu’un milieu 2 si l’indice de réfraction du milieu 1 est supérieur à celui du milieu 2, sinon on dira qu’il est moins réfringent. Indices de réfraction de quelques matériaux : Air : léger) : Verre (flint lourd) : …. Eau :. Alcool éthylique :. 2-Nature corpusculaire de la lumière : Les photons formant la lumière sont des particules de masse nulle se déplaçant à la vitesse de la lumière énergie où h=6,626. est la constante de Planck.. Verre (crown. et possédant une. En pratique ni la connaissance de la nature corpusculaire ni ondulatoire de la lumière ne sont nécessaires à l’optique géométrique, la lumière y est simplement considérée comme des rayons lumineux et étudiée par des lois géométriques. Hypothèse fondamentale de l’optique géométrique Dans un milieu transparent, homogène et isotrope, la lumière se propage de manière rectiligne, formant ainsi des rayons lumineux. Définitions 1- On appelle rayon incident un rayon qui arrive sur un système optique donné (par exemple : un miroir, une surface d’eau, une vitre,…) 2- On appelle rayon réfléchi le rayon renvoyé par une surface réfléchissante (comme un miroir ou du verre) sur laquelle parvient un rayon incident. 3- On appelle rayon réfracté le rayon qui traverse un milieu transparent après avoir traversé un premier milieu transparent lui aussi (comme le passage de la lumière de l’air vers de l’eau ou du verre). 4- Le plan d’incidence est le plan formé par le rayon incident ( ) et la normale à la surface ( ) du système optique. 5- Un dioptre est une surface séparant deux milieux transparents d’indices de réfraction différents. 6- L’angle d’incidence est l’angle formé par le rayon incident et la normale ) à la surface d’incidence au point d’incidence I. 7- L’angle de réflexion est l’angle formé par le rayon réfléchi et la normale ) à la surface réfléchissante au point d’incidence I. 8- L’angle de réfraction est l’angle formé par le rayon réfracté et la normale à la surface du dioptre ( ) au point d’incidence I.. 1. TOUHAMI Nabila, Département de Biologie, Faculté des Sciences de la Nature et de la Vie, Université d’Oran 1- Avril 2020.

(2) Lois fondamentales de l’optique géométrique Première loi de Snell-Descartes Lorsqu’un rayon incident parvient au point I d’une surface plane réfléchissante : 1-Le rayon réfléchi appartient au plan d’incidence. 2-L’angle de réflexion est égal à l’angle d’incidence . Deuxième loi de Snell-Descartes Lorsqu’un rayon incident parvient au point I d’un dioptre plan séparant deux milieux d’indice de réfraction différents : 1-Le rayon réfracté appartient au plan d’incidence. 2-Le sinus de l’angle de réfraction est relié au sinus de l’angle d’incidence par la relation suivante :. Rayon incident. Rayon réfléchi. Rayon incident. L’angle de réfraction s’obtient donc par la relation suivante Rayon réfracté. Remarques : 1- La fonction est la fonction inverse à la fonction sinus, elle est aussi notée (notamment sur les calculatrices). 2- Les angles d’incidence, de réflexion et de réfraction sont tous compris entre 0° et 90°, dans cet intervalle la fonction sinus est une fonction croissante et toujours positive (ou nulle) donc si l’on a Conséquences des lois de Snell-Descartes 1-Lorsque l’incidence est normale à la surface du dioptre plan ( surface du dioptre plan ( ). 2-De la 2ème loi de Snell-Descartes, on a : en procédant de la même manière pour. ), la réflexion et la réfraction sont elles aussi normales à la. , donc si. ,. on arrive au résultats suivants:. Lors du passage d’un rayon lumineux d’un milieu d’indice vers un autre milieu plus réfringent d’indice l’angle de réfraction est inférieur à l’angle d’incidence . Lors du passage d’un rayon lumineux d’un milieu d’indice vers un autre milieu moins réfringent d’indice ( , l’angle de réfraction est supérieur à l’angle d’incidence . 3- Réfraction limite: Lorsque l’angle de réfraction étant inférieur à l’angle d’incidence il atteindra donc une valeur maximale pour la valeur de . Cet angle s’obtient en appliquant la 2ème loi de Snell-Descartes :. Aucun angle de réfraction ne pourra être supérieur à cette valeur que l’on appelle : angle de réfraction limite . 4- Réflexion totale : A l’inverse, lorsque l’angle de réfraction est supérieur à l’angle d’incidence Il existe donc un angle à partir duquel il n’y a plus de rayons réfractés, cet angle correspond à et s’obtient aussi en appliquant la 2ème loi de Snell-Descartes :. Ainsi, lors du passage de la lumière d’un milieu d’indice vers un milieu d’indice moins réfringent ( , tous les rayons incidents parvenant sur le dioptre avec un angle supérieur à ( ) sont totalement réfléchis. On a alors une réflexion totale du rayon incident sur le dioptre pour tous les angles d’incidence , est appelé angle critique d’incidence.. Réfraction limite. Réflexion totale. Bibliographie : P. Grécias, J-P Migeon Physique BCPST 1 Cours et Tests d’application 5e édition – Ed. Technique et Documentation, 2000.. 2. TOUHAMI Nabila, Département de Biologie, Faculté des Sciences de la Nature et de la Vie, Université d’Oran 1- Avril 2020.

(3)