5 * 1 = 0. 66 soit i = 41. 8° Au dela le rayon incident
n'est plus réfracté (sin(r)>1 est impossible). Tp physique la réfraction de la lumière corriger. On est
dans le cas de la réflexion totale. Ce phénomène
n'est possible que si l'on passe d'un milieu plus réfringeant
à un milieu moins réfringeant. Imaginez une expérience permettant de déterminer
l'indice de réfraction d'un milieu transparent quelconque. Réalisez-la avec comme deuxième milieu
transparent
l'eau dont l'indice de réfraction vaut n 2
=
1, 33.
suffit de placer à la place du demi-cylindre en plexiglas une
cuve remplie d'eau. Il faut que cette cuve soit suffisamment large pour
pouvoir déterminer avec précision l'angle de
réfraction. L'idéal est d'utiliser une cuve en forme de
demi-cylindre pour retrouver les conditions de la première
expérience.
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tp: la réfraction de la lumière
ACTIVITÉ 2
CHAPITRE 2: LA LUMIÈRE DES ÉTOILES
TP: LA RÉFRACTION DE LA LUMIÈRE
THÈME 1: L'UNIVERS
A. MESURES
faisceau
incident
i1 (°)
0
10
20
30
40
i2 (°)
7
13
25
sin( i1)
0, 17
0, 34
0, 50
0, 64
sin( i2)
0, 12
0, 23
0, 33
0, 43
50
60
70
80
90
31
35
39
41
42
0, 77
0, 87
0, 94
0, 98
1, 0
60°
i1
angle
90°
0, 51
0, 58
0, 63
0, 66
0°
30°
milieu 1:
air
milieu 2:
plexiglas
i2
réfracté
demi-cylindre
de plexiglas
0, 67
B. LES HYPOTHÈSES DE QUATRE SCIENTIFIQUES SUR LE PHÉNOMÈNE DE RÉFRACTION
1. Claude Ptolémée (90-168)
"Les rayons perpendiculaires à la surface de séparation ne sont pas déviés. " Les rayons perpendiculaires à la surface de séparation sont confondus avec la normale: ils ont un angle d'incidence nul. P 1 2 1 TP3P Réfraction de la lumière corrigé. VRAI: Pour un angle d'incidence de 0°, l'angle réfracté vaut 0°: le rayon n'est pas dévié. 2. Robert Grossetête (1168-1253)
"L'angle de réfraction est égal à la moitié de l'angle d'incidence. " FAUX: Par exemple, pour un angle d'incidence de 40°, l'angle réfracté vaut 25° et non 20° (40°/2).
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EXERCICE I
Exercice I
Le rayon réfléchi étant perpendiculaire au rayon incident IT ⊥ IR, i. e. la déviation maximale vaut 90 0.
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Pour René Descartes, philosophe, mathématicien et physicien français (1596
– 1650), c'est le sinus de l'angle réfracté qui est proportionnel à l'angle
d'incidence. Vous allez cherchez lequel de ces 2 savants avait raison. Vous disposez sur votre table d'une source de lumière type laser, d'un disque
graduée avec un demi-cylindre en matière transparente. A l'aide du matériel que vous avez sur votre table, proposer un protocole
expérimental pour savoir lequel des 2 savants avait raison. Levez la main quand vous pensez avoir trouvé un protocole expérimental. Tp physique la réfraction de la lumière corrigé livre math 2nd. Réaliser le montage suivant:
Levez la main pour qu'un étudiant vienne vérifier que vous avez bien
compris l'utilisation du dispositif. Faire varier l'angle d'incidence I de 10° en 10° en commençant par i=0 et
mesurer les valeurs de l'angle de réfraction r qui lui correspond. Vous placerez vos valeurs dans le tableau ci-dessous:
i (°)
0
70
r (°)
Sin i
Sin r
a. Quand l'angle d'incidence i est égal à 0, qu'observez-vous? b. A partir de quel angle d'incidence, ne voit-on plus de rayon réfracté?
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3. Johannes Kepler (1571-1630)
"L'angle de réfraction est proportionnel à l'angle
d'incidence pour des valeurs d'angles petites. " Il faut tracer la courbe i2 = f(i1). Pour des petits angles (i1 < 30°), les points sont alignés
sur une droite passant par l'origine. VRAI: Il y a proportionnalité entre i2 et i1 si i1 est
suffisamment petit (i1< 30°). Courbe i2 = f(i1)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
sin (i1)
y = 1, 494x
1
0, 9
4. René Descartes (1596-1650)
"Le sinus de l'angle de réfraction sin( i 2) est
proportionnel au sinus de l'angle d'incidence sin( i1). Correction: La réfraction de la lumière. " La courbe sin(i1) = f(sin(i2) est une droite passant par
l'origine. VRAI: Il y a donc proportionnalité entre sin(i2) et
sin(i1). 0, 8
0, 7
0, 6
0, 5
0, 4
0, 3
0, 2
Courbe sin(i1) = f(sin(i2)
0, 1
sin (i2)
0, 8
la
modélisation
par une droite de cet ensemble vous paraît-elle satisfaisante? i (°)
0
sin (i)
0. 09
0. 17
0. 26
0. 34
0. 42
0. 5
0. 64
0. 77
0. 87
0. 94
r(°)
13. 5
35. 5
sin (r)
0. 06
0. 11
0. Tp physique la réfraction de la lumière corrigé definition. 23
0. 28
0. 33
0. 43
0. 51
0. 58
0. 63
Cette fois-ci, il est tout à fait possible de modéliser cette courbe par une droite moyenne. Quelle est la relation entre i et r, traduisant pour tous les couples
d'angles, le meilleur accord avec l'expérience? sin (i) est proportionnel à sin (r) donc on peut écrire:
sin(i) = k * sin(r) avec k coefficient de proportionnalité. Déterminez la pente (coefficient de
proportionnalité)
de la droite obtenue. Il faut choisir deux points
appartenant à la droite moyenne. Le coefficient de
proportionnalité est obtenu par la formule: k = (y 2 -y 1)/(x 2 -x 1). Soient le point M 1 (x 1;y 1)= (0;0) et le point M 2 (x 2;y 2) = (0. 77;0. 51), alors k = (0. 77-0)/(0. 51-0) = 1. 5
Comparer la valeur de la pente de la droite avec le rapport des indices de réfraction (indices entraînant des phénomènes optiques) des deux milieux considérés.
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