I La lumière.

II Réflexion et réfraction.

III Réfraction dans l’atmosphère terrestre.

I La lumière. Les sources lumineuses.

On peut distinguer deux types de sources lumineuses :

Les sources primaires qui émettent directement la lumière (ex : Soleil, ampoule).

Les sources secondaires qui diffusent la lumière d’ une source primaire (ex : la lune, un mur blanc… tout objet non noir).

La propagation de la lumière :

La lumière a-t-elle besoin d’un support matériel pour se propager?

Que peut-on dire de sa direction de propagation?

La propagation de la lumière :

La lumière se propage dans le vide, elle n’a pas besoin de support matériel.

La lumière se propage en ligne droite dans les milieux transparents, homogènes et isotropes.

Homogène : milieu qui présente des caractéristiques identiques en tout point.

Isotrope : milieu qui a les mêmes propriétés dans toutes les directions de l’espace.

On modélise la lumière par un rayon lumineux dans les milieux transparents ( homogènes et isotropes) et dans le vide.

II Réflexion et réfraction de la lumière. De quoi s’agit-il?

a- Les phénomènes. Les phénomènes de réflexion et réfraction ont lieu

simultanément au niveau d’un dioptre : une partie de la lumière est transmise dans le second milieu et l’autre est réfléchie.

Définir :

Dioptre :

Réflexion :

Réfraction :

a- Les phénomènes. Les phénomènes de réflexion et réfraction ont lieu

simultanément au niveau d’un dioptre : une partie de la lumière est transmise dans le second milieu et l’autre est réfléchie.

Dioptre : surface de séparation des deux milieux.

Réflexion : Brusque changement de direction de la lumière au niveau du dioptre sans le traverser.

Réfraction : Brusque changement de direction d’un rayon lumineux lorsqu’il traverse un dioptre.

b- Les lois de la réflexion et de la réfraction. 1- Lois de la réflexion. Quelles sont les lois de la réflexion?

b- Les lois de la réflexion et de la réfraction. 1- Lois de la réflexion.

le rayon incident et le rayon réfléchi sont dans le plan d’incidence.

L’angle d’incidence, i1 est égal à l’angle de réflexion i3.

Remarque : Tous les angles sont pris par rapport à la normale.

2- Lois de la réfraction : Snell-Descartes. Quelles sont les lois de la réfraction?

2- Lois de la réfraction : Snell-Descartes. Le rayon incident et le rayon réfracté sont dans le plan

d’incidence.

Relation de Snell-Descartes :

n1 et n2 indices de réfraction des milieux 1 et 2.

i1 : angle d’incidence.

I2 : angle de réfraction.

n1 sin i1 = n2 sin i2

Remarque : Tous les angles sont pris par rapport à la normale.

Exercice : Déterminer l’angle de réfraction dans ces deux cas :

Corrigé Cas n° 1 :

n1 sin i1 = n2 sin i2 donc sin i2 =

Et i2 = sin-1 ( ) = 22.0°

Corrigé Cas n° 2 :

Attention! I1 = 90 – I = 70.0°

n1 sin i1 = n2 sin i2 donc sin i2 =

Et i2 = sin-1 ( ) = 45.0°

C- la dispersion de la lumière Que se passe-t-il lorsque une lumière polychromatique passe à travers un milieu transparent?

Elle est dispersée.

La dispersion d’une lumière polychromatique est la séparation de ses différentes radiations lors d’une réfraction.

Comment expliquer cette dispersion?

Les différentes radiations de la lumière blanche sont déviées différemment.

L’indice de réfraction du milieu transparent dépend de la longueur d’onde de la radiation lumineuse qui le traverse.

III Réfraction dans l’atmosphère terrestre. a- L’arc-en-ciel

Expliquer la formation de l’arc-en-ciel.

Quelles sont les conditions pour que l’observateur voie l’arc en ciel?

Pourquoi ne trouvera-t-on pas le trésor du lépréchaun?

III Réfraction dans l’atmosphère terrestre. a- L’arc-en-ciel

Expliquer la formation de l’arc-en-ciel.

L’arc en ciel correspond à la dispersion de la lumière solaire par les gouttes d’eau de pluie.

Quelles sont les conditions pour que l’observateur voit l’arc en ciel?

Pour observer l’arc-en-ciel l’observateur doit avoir la pluie devant lui et le soleil dans le dos.

Les rayons réfractés vers l’œil doivent former un angle d’environ 42° avec les rayons incidents du soleil.

Pourquoi ne trouvera-t-on pas le trésor du lépréchaun?

A cause de la condition angulaire, l’arc-en-ciel « bouge » avec l’observateur et finit par disparaitre si une des conditions n’est plus respectée.

Vous

n’aurez pas

mon trésor!

b- Les mirages Dans un milieu transparent, homogène et isotrope la

lumière se propage en ligne droite.

Et si le milieu n’est pas homogène ou isotrope?

Activité expérimentale :

Faire un schéma de l’expérience de la lumière laser passant à travers une cuve d’eau puis à travers une cuve d’eau salée non homogène.

Conclure.

Et si le milieu n’est pas isotrope ou s’il n’est pas homogène?

La lumière peut ne pas se propager en ligne droite…

C’est le cas pour le mirage, par exemple.

Mirage « froid »

On peut expliquer la courbure du rayon par de multiples phénomènes de réfraction et un phénomène de réflexion totale.

c- La scintillation des étoiles Les mouvements incessants de l’atmosphère font

varier continuellement la densité et la température de l’air.

L’indice de réfraction de l’air est donc constamment modifié.

La lumière provenant des étoiles voit donc son trajet constamment modifié par l’atmosphère.

Les étoiles scintillent.

d- La position des astres La forme du soleil couchant est-elle normale?

Comment l’interpréter?

Le soleil est déjà couché d’après la position des astres, il est bien au dessous de l’horizon et il est pourtant bien visible…

Les rayons traversant une grande portion d’atmosphère ont une trajectoire courbée car le milieu n’est pas isotrope.

Le soleil apparait aplati.

L’observateur voit encore l’image du soleil alors qu’il est passé sous l’horizon.

Ces phénomènes sont également valables au lever du soleil et pour la lune…