 TRAVAIL à FAIRE :

(1)

Tony Leparoux, professeur de physique chimie TP : La réfraction de la lumière

Rappel :

 On appelle réfraction de la lumière le changement de direction que la lumière subit à la traversée d’un dioptre séparant deux milieux transparents différents, d’indice optique n.

 L’indice optique n d’un milieu est la rapport de la vitesse de la lumière dans le vide c sur la vitesse de la vitesse de la lumière dans le milieu v : (n = c

v )

 Deux grandeurs A et B sont proportionnelles si :

 On peut écrire A = k x B , avec k : constante de proportionnalité.

 La courbe A = f(B) est une droite qui passe par l’origine :

 TRAVAIL à FAIRE :

1/ 4 scientifiques ont travaillé sur le phénomène de réfraction. Ils ont affirmé des choses.

A vous de confirmer ou non leurs propositions grâce à des expériences

.

SAVANT Robert Grossetête

(1168-1253)

Johannes KEPLER

(1571-1630) René DESCARTES

(1596-1650)

Photographie + petite biographie

Maître des études à l’université d’Oxford. Pour lui,

« l’expérimentation est le meilleur moyen de l’étude de la réfraction de la lumière.»

Physicien allemand qui a étudié aussi le mouvement des planètes.

Philosophe et savant français On lui attribue la loi de la réfraction (1637) qui fait intervenir le sinus des angles.

Juste avant lui, un physicien nommé Snell avait affirmé la même chose

Proposition de loi

de la réfraction

L’angle de réfraction i2 est égal à la moitié de l’angle d’incidence i1

i

1

= i



Pour des angles petits, L’angle de réfraction i2 est proportionnel à l’angle

d’incidence i1 .

i

1

= k x i

2

Lorsque la lumière passe d’un milieu d’indice n1 à un autre milieu d’indice n2 différent, la

déviation suit la loi :

n

1

sin(i

1

) = n

2

sin(i

2

)

(2)

Tony Leparoux, professeur de physique chimie 2/ Déterminer l’indice optique du plexiglas et de l’eau en sachant que l’indice de l’air est n = 1,00.

3/ Application :

a/ Le diamant a pour indice optique n2 = 2,43. On envoie un faisceau LASER, situé dans l’air (n1 = 1,00) avec un angle d’incidence i1 = 30°. Quel est l’angle de réfraction i2 ? Fais un schéma.

La lumière blanche est décomposée en passant dans un milieu dispersif comme le verre d’un prisme ou l’eau : ce phénomène s’appelle la dispersion de la lumière.

Dans un milieu dispersif, l’indice optique dépend de la longueur d’onde de la lumière et n’est pas une

constante : il est plus grand pour les petites longueurs d’onde  (bleu) que pour les grandes longueurs d’onde  (rouge) (n = A +B/² …avec A, B des constantes). En conséquence, le bleu est plus dévié que le rouge.

b/ Le prisme

: Le verre du prisme est dispersif. Les rayons rouges sont moins déviés que les rayons bleus.

Trace un rayon lumineux rouge et bleu sur le dessin ci-dessous.

Si la source lumineuse est monochromatique, que se passe-t-il ?

c/ L’arc en ciel

: Une partie de la lumière arrive sur une goutte d’eau, subit une première réfraction à

l’entrée, une réflexion à l’intérieur de la goutte et une deuxième réfraction pour sortir du côté du soleil. L’œil ne peut voir les rayons sortant que dans un angle bien défini. Trace le cheminement des rayons lumineux bleus et

rouges.

Pour avoir une bonne note…



Coller le sujet de l’énoncé sur la première page.



Plan :

 Protocoles d’expériences détaillés et illustrés de schémas clairs.

Appeler le professeur

 Réaliser l’expérience dans le calme

Appeler le professeur pour la réalisation d’une mesure

 Faire un tableau de mesures.

 Exploiter les mesures expérimentales pour confirmer ou non les propositions et trouver l’indice du plexiglas et de l’eau (Tracés une courbe, sur papier millimétré, excel ou regressi ; calculs…)

 Faire une phrase pour dire si les propositions des physiciens sont justes, approximatives ou fausses.

 Conclure en donnant la loi de la réfraction et le physicien qui lui a donné son nom.

 Faire l’application 3/

(3)

Tony Leparoux, professeur de physique chimie

Une autre application : Les mirages

1/ Mirages inférieur et supérieur

On voit l’iceberg au dessus de la mer froide…(mer froide et air

plus chaud) On voit une nappe d’huile et les roues des voitures en dessous

de ce qu’elles son réellement…(route chaude et air plus froid)

Mirage supérieur dit froid Mirage inférieur dit chaud

1/ La lumière se propage-t-elle toujours en ligne droite ?

………

2/ Que faut-il pour avoir un mirage ?

………

3/ La lumière subit une déviation, dans l’eau et dans l’air. Déduis en de quoi dépend l’indice de réfraction n d’un milieu.

………

2/ Le mirage du Mont Canigou

Le Mont Canigou est une montagne située dans les Pyrénées Orientales, près de Perpignan. Deux fois par an il est

possible, si les conditions météorologiques le permettent, de voir cette montagne depuis Marseille, dans les Bouches-

du Rhône. Compte tenu de la rotondité (sphéricité) de la Terre, le trajet des rayons lumineux provenant du Mont

Canigou ne devraient pas atteindre Marseille si la trajectoire était parfaitement rectiligne.

(4)

Tony Leparoux, professeur de physique chimie Photographie du Mont Canigou prise depuis les côtes catalanes à

proximité de Perpignan. Photographie du Mont Canigou prise depuis Marseille, au coucher du Soleil.

Pour nous persuader qu’il s’agit bien d’un mirage nous allons déterminer ce que l’on appelle l’horizon géométrique, c’est à dire la plus grande distance que l’on puisse voir d’un lieu donné.

Cette distance à l’horizon est donnée par la formule suivante :

h R d  2 

Où d est la distance à l’horizon, R le rayon de la Terre et h l’altitude du lieu considéré par rapport au niveau de la mer.

On prendra pour la suite R = 6380 km.

Calculer cette distance si on se situe au sommet de Notre Dame de Lagarde à Marseille (altitude h = 300 m) :

………

……….

Puis au sommet du Mont Canigou (altitude h = 2784 m) :

………

Sachant que la distance à vol d’oiseau entre Marseille et le Mont Canigou est de 263,1 km, peut-on dire que l’image du coucher de Soleil vu précédemment est un mirage ?

………

……….