Cours de physique signaux lumineux seconde

« Chapitre P6 : Les signaux lumineux Sirius chapitre 14 I. Propagation de la lumière 1.

Rappels de collège La lumière se propage de manière rectiligne. Le trajet de la lumière est visible uniquement si des objets ou particules diffusants sont placés sur son trajet (ex : poussière, brouillard…).

Elle se déplace dans le vide à une vitesse de 300 000 km.s-1soit environ 3,00 x108m.s-1. Nous représentons le rayon lumineux par le modèle du rayon lumineux : 2.

Indice optique d’un milieu La lumière se propage également dans des milieux transparents. Ex : l’air, l’eau, le plexiglas… Sa vitesse de propagation diminue lorsqu’elle se déplace dans ces milieux. Il est possible de déterminer un indice optique n (ou indice de réfraction) : c’est le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide, la célérité c, sur la vitesse de la c lumière dans le milieu considéré v : n avec : v - n l’indice optique, nombre sans unité Exemples - c et v en m.s-1 3.

Phénomènes de réflexion et de réfraction a.

Phénomène physique Lorsque le rayon incident passe d’un milieu homogène et transparent d’indice de réfraction n1 à un autre milieu homogène et transparent d’indice de réfraction n2, alors il subit : une réflexion : une partie du rayon incident est réfléchie par la surface de séparation entre les deux milieux (appelée le dioptre) et forme un rayon réfléchi, une réfraction : une partie du rayon incident est transmise dans le deuxième milieu et se trouve déviée : c’est le rayon réfracté. Dioptre I b.

Définitions : Normale Le rayon incident est le rayon lumineux qui vient frapper la surface de séparation des deux milieux transparents, La surface qui sépare les deux milieux transparents est appelée dioptre Ex : la surface de séparation entre l’air et l’eau est appelé dioptre air/eau, La normale est la droite perpendiculaire à la surface de séparation Le point où la lumière atteint la surface de séparation est appelé point d’incidence (noté I) î1 est l'angle d'incidence repéré entre le rayon incident et la normale, î1 (ou î1') est l'angle réfléchi repéré entre le rayon réfléchi et la normale, î2 est l'angle de réfraction repéré entre le rayon réfracté et la normale. c.

A savoir : Si le deuxième milieu possède un indice de réfraction plus élevé que le premier milieu (on parle d’un milieu plus réfringent), le rayon réfracté s’approche de la normale. 4.

Les lois de Snell-Descartes (voir TP 1) 1 loi : Le rayon lumineux réfléchi et le rayon lumineux réfracté sont dans le plan d’incidence. 2ème loi : Pour la réflexion : l’angle d’incidence i1est égal à l’angle de réflexion i1’ : i1=r  Pour la réfraction : le sinus de l’angle d’incidence (sin i1) et le sinus de l’angle de réfraction (sin i2) sont liés ère n1 par une relation de proportionnalité : sin i1 = k x sin i2 avec k une constante (avec k = n2) 5.

La réfraction : cas particuliers a) Le rayon incident est perpendiculaire au dioptre (voir TP 2) Si le rayon incident arrive perpendiculairement au dioptre, il n’est pas dévié : il n’y a donc pas de réfraction. b) Passage de la lumière d’un milieu moins réfringent à un milieu plus réfringent : n1 < n2 Si n1 < n2 Alors i1 > i2.

Il y a un rayon réfracté pour tout rayon incident arrivant avec un angle tel que 0° < i1< 90° c) Passage de la lumière d’un milieu plus réfringent à un milieu moins réfringent : n1 > n2 Si n1 > n2 Alors i1 < i2.

A partir d’un certain angle limite i1lim il n’y a plus de réfraction : le rayon incident subit une réflexion totale. Exemple: Calcul de l’angle limite pour le cas où le rayon lumineux passe du diamant (n1=2,42) à l’air (n2=1,00) Nous atteignons l’angle limite i1 quand i2proche de 90°, c’est-à-dire sin(i2) proche de 1. Remplaçons sin(i2) par 1 dans la loi de Descartes : n1  sin(i1lim )  n2  sin(i2 ) n1  sin(i1lim ) .... »