Question d'origine :
Lorsqu'un rayon lumineux arrive à l'interface entre deux milieux (air/eau, par exemple), une partie se réfléchit, une autre se réfracte, selon l'angle d'incidence.
On peut comprendre, à la rigueur, que le rayon se réfléchisse, par référence à l'équivalent mécanique (balle rebondissant sur une surface dure). Mais sait-on pourquoi le rayon lumineux se réfracte lorsqu'il change de milieu ???
D'avance merci
Réponse du Guichet
bml_sci
- Département : Sciences et Techniques
Le 11/06/2004 à 14h09
Passage de la lumière d'un milieu dans un autre :
Nous utilisons une cuve remplie d'eau colorée par de la fluorescéine. Un laser émet un pinceau de lumière qui aboutit à la surface de l'eau, nous observons alors le phénomène suivant :
- un pinceau lumineux peu intense reste dans l'air, il semble repartir de la surface de l'eau ;
- un pinceau lumineux plus intense pénètre dans l'eau, et y suit une trajectoire rectiligne qui n'est cependant pas dans le prolongement de la direction du pinceau initial.
La lumière a subi le double phénomène de réflexion et de réfraction, dont nous pouvons donner les définitions suivantes :
. La réflexion est le phénomène que subit la lumière lorsque, arrivée à la limite du milieu dans lequel elle se propageait, elle repart dans ce même milieu.
. La réfraction est le phénomène qui se produit lorsque la lumière passe d'un milieu dans un autre.
Dans les deux cas, la lumière subit un brusque changement de direction.
(Extr. de Physique instrumentale T.01 de René Prunet , éd. Dunod)
La réflexion et la réfraction de la lumière sont régies par des lois physiques établies par le physicien Descartes :Lois de Descartes-Snell.
Pour plus d'informations vous pouvez consulter les sites suivants :
-La réfraction de la lumière.
-Réfraction - décomposition de la lumière par un prisme.
Et pour approfondir le sujet vous pouvez consulter en ligne dans les bibliothèques de Lyon la base de données :
-Les Techniques de l'ingénieur, l'article intitulé : Réfractométrie et interférométrie en analyse chimique.
Réponse du Guichet
bml_sci
- Département : Sciences et Techniques
Le 14/06/2004 à 15h21
B. Tribollet, enseignant de physique à l'Université Lyon 1 nous propose la réponse suivante :
Pour interpréter un phénomène, il y a toujours eu dans la communauté scientifique plusieurs essais successifs de modèles s'appuyant sur plusieurs théories.
Dans le cas présent, l'interprétation proposée dans notre réponse précédente "sur la référence à l'équivalent mécanique " a bien été tenté mais ne marche pas. le modèle mécanique qui a précédé le modèle ondulatoire ne permettant pas d'interpréter la réfraction, il faut passer au modèle ondulatoire ( ou simplement modèle géométrico-ondulatoire) :
L'onde lumineuse ne se déplace pas à la même vitesse suivant le milieu où l'on se trouve et sa vitesse v est reliée à celle de la lumière dans le vide et à l'indice du milieu par n= c / v.
Les deux théories citées ci-dessus s'appuient sur le théorème de Fermat (1601-1665) qui dit que le trajet choisi par la lumière pour sa propagation est le plus court en temps. Ce principe suffit à interpréter les lois de la réfraction (Snell-Descartes) qui relient les angles d'incidence et de réfraction avec l'indice du milieu : sin i = n.sin r
Huygens a proposé une construction géométrique pour tracer le rayon réfracté.
Une
Il commencera à courir sur le sol à une vitesse v puis à nager à une vitesse v' (v' < v) puis de nouveau à courir sur du sable à la vitesse v'' (v'< v" < v). On comprend aisément qu'il optimisera sa trajectoire pour passer le moins longtemps possible dans l'eau puisqu'il nage moins vite qu'il ne court ; c'est que fait la lumière en respectant le théorème de Fermat.
Voici quelques mots clés pour une recherche complémentaire à faire dans un moteur de recherche :
Indice de réfraction
Lois de Snell- Descartes
Principe de Fermat
Théorie ondulatoire de la lumière
Construction d'Huygens (1629-1695)
Vous pouvez consulter également le cd-rom : "C'est la faute au Photon " de Odilo Rial et Raymond Rivière. Malheureusement il n'est pas à la Bibliothèqe de Lyon.
Vous pouvez également consulter le site de l'Université de Nantes
Merci vivement à B. Tribollet pour son aide et ses recherches
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