• Les prismes :

Un prisme  est un milieu transparent limité par deux plans non parallèles.

Ses propriétés sont définies par son angle et l'indice de réfraction de la matière qui le compose.

Par exemple : un prisme de verre dont la section est un triangle isocèle réfléchit totalement un faisceau qui arrive avec une incidence de 45°. Ceci parce que l'angle limite de réfraction de la surface air-verre est environ de 42°.

On appelle la surface de séparation de deux milieux transparents en optique un dioptre.

• Dispersion de la lumière :

- On peut décrire la lumière comme une émission de grains de matière, les photons, ou bien comme un ensemble d'ondes c'est à dire des radiations.  A chaque radiation, correspond un longueur d'onde qui la caractérise et à chaque longueur d'onde correspond une couleur.

- La lumière blanche est composée de toutes les radiations du spectre visible ( notre oeil ne voit pas tout, en particulier les U.V. ), c'est à dire de l'addition de toutes les couleurs.

- expérience du disque de Newton :

- décomposition de la lumière blanche en toutes ses longueurs d'onde :

*par un prisme ;

                      

					fente
					rouge en haut
					violet en bas
lampe	,	diaphragme	prisme	écran

  la fente donne une image sur l'écran.

*par un réseau ; ( lame gavée de fins traits )

 

violet

 

rouge

lampe  trou fente  réseau     écran

• synthèse de la lumière blanche :

le spectre est envoyé sur une lentille convergente, on observe sur l'écran la recomposition de la lumière blanche.

• Vitesse de propagation de la lumière :

c = 3 . 108   m.s-1 dans le vide

soit T, la période  en seconde et f, la fréquence  en Hertz. La période est le nombre de fois que se produit un phénomène fini en une seconde et la fréquence est l'inverse de la période ( f = 1/ T ).

Chaque fréquence possède une période reliée à sa longueur d'onde lambda  par :

lambda = c . T  en m

Pour la lumière visible, à chaque longueur d'onde correspond   une couleur que l'oeil humain peut percevoir :

pour de faibles fréquences, l est grande

    La réfraction et la réflexion.

• Définitions :

On appelle  réfraction  le changement de direction de la lumière lorsqu'elle traverse la surface de séparation de deux milieux transparents ( dioptre ).

Une telle surface est dite réfringente.

Pour tout toute incidence supérieure à un certain angle appelé angle limite, le rayon réfracté ne franchit pas le dioptre, il subit une réflexion totale  sur la surface réfringente.

• Réflexion partielle :

Il arrive fréquemment qu'une partie du rayon soit réfractée et l'autre partie soit réfléchie, on parle de réflexion partielle.

• Indice de réfraction :

Chaque milieu possède un indice de réfraction   qui lui est propre. C'est le rapport entre la vitesse de la lumière ans le vide et la vitesse de la lumière dans le milieu. Il sert à définir le changement de direction que la lumière va subir ; plus l'indice est grand, plus le milieu est réfringent c'est à dire que la déviation est grande.

n = c / v

Mais il faut savoir que pour chaque milieu, l'indice de réfraction varie avec la longueur d'onde des radiations lumineuses, c'est à dire que la déviation dépend de n mais n dépend de la longueur d'onde lambda ce qui donne à peu près:

n = A + B/ lambda ²

où A et B sont deux constantes spécifiques du milieu.

On comprend alors que le prisme disperse la lumière : les différentes radiations sont plus ou moins déviées selon leur longueur d'onde.

• les miroirs :

C'est un élément optique, non transparent, qui permet une réflexion totale.

Un miroir plan produit une image virtuelle d'un objet réel . L'angle de réflexion d'un rayon est égal à l'angle d'incidence.

• Les lois :

soit un rayon incident qui est réfracté et réfléchit dans le même plan :

- l'angle d'incidence i et l'angle de réflexion r sont égaux ce qui s'écrit :

 

i = r

- Soient deux milieux transparents d'indice de réfraction respectifs n1 et n2 et i1 l'angle d'incidence et i2 l'angle de réfraction :

n1sin i1 = n2sin i2

- l'angle de réfraction limite L est donné par :

sin L = n1 /n2

si i2 est supérieur à L dans le milieu d'indice n2, il n'y a pas de rayon réfracté, la réflexion est totale.

• Expériences possibles :

réfraction et réflexion :

la cuve est remplie de fluorescéine pour visualiser le faisceau. ( à défaut on utilise de l'eau avec un peu de lait )

réflexion totale :

                                                              

 

source, diaphragme     miroir dans cuve d'eau + fluorescéine  
( au lieu de visualiser le phénomène dans l'eau, on peut aussi le voir dans de l'air enfumé ou rempli de poussière de craie.)

 

                                                     haut de page