Univers 6 : La réfraction

I) Le principe de la réfraction

1) Le dioptre

La surface séparant deux milieux transparents différents est appelée dioptre. Le dioptre est désigné par les deux milieux successifs que rencontre la lumière.
Exemple :
dioptre air/verre : la lumière rencontre l'air puis le verre.
dioptre verre/air : la lumière rencontre le verre puis l'air.

2) Le phénomène de réfraction

Lorsque les rayons lumineux traversent la surface séparant deux milieux transparents différents, ils subissent un changement de direction. Ce phénomène est appelé réfraction.
Le rayon lumineux qui arrive sur le dioptre est appelé rayon incident, celui de l'autre côté du dioptre est appelé le rayon réfracté.
Le plan d'incidence est le plan contenant le rayon d'incidence et la normale au dioptre.
L'angle entre la normale et le rayon incident est appelé angle d'incidence noté i, celui entre la normale et le rayon réfracté est appelé angle de réfraction noté r.
Un milieu transparent est caractérisé par son indice noté n. L'indice d'un milieu est un nombre toujours supérieur ou égal à 1 et sans unité.
L'indice du vide est strictement égal à 1. L'indice de l'air est très proche de celui du vide, on dira qu'il est égal à 1.

Les lois de Snell-Descartes

1^ère loi : Le rayon réfracté appartient au plan d'incidence.
2^ème loi : Le rayon réfracté et le rayon incident sont situé de part et d'autre de la normale.
3^ème loi : Pour le dioptre séparant deux milieux transparents d'indice n₁ et n₂ : n₁×sin(i) = n₂×sin(r)

- Si n₁ ‹ n₂, i › r

- Si n₁ › n₂, i ‹ r

II) Dispersion de la lumière

1) Les milieux dispersifs

Dans certains milieux, l'indice dépend de la longueur d'onde, l'angle de réfraction dépend donc aussi de la longueur d'onde du rayon incident. Les rayons de différentes longueurs d'onde ne seront pas réfractés de la même façon. On dit que ces milieux sont dispersifs. C'est le cas pour le verre et le cristal par exemple.
L'air n'est pas un milieu dispersif.

2) Dispersion par un prisme

Prenons un prisme en verre avec pour indice de réfraction n_R = 1,51 pour le rouge et n_V = 1,54 pour le violet, les rayons rouge et violet ne seront donc pas réfractés de la même manière : le rouge sera moins dévié que le violet.

Le prisme disperse la lumière blanche pour deux raisons :
- l'indice de réfraction du matériau dont il est fait dépend de la longueur d'onde ;
- sa forme amplifie la déviation des rayons lumineux de longueurs d'onde différentes.

Bilan du chapitre

- Je sais que la lumière subit une réfraction lorsqu'elle change de milieu.
- Je connais les lois de Descartes.
- Je sais retrouver l'indice d'un milieu inconnu.