Dispersion et réfraction de la lumière

Les Bons Profs - Physique Chimie Seconde

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LUMIERE, SPECTRES, ATOMES 

On va parler dans cette vidéo de dispersion et de réfraction de la  lumière

Donc pour commencer, la dispersion qu'est ce que c'est ?

Alors dispersion de la lumière blanche, pour commencer. Si tu prends une source de lumière blanche, un faisceau de lumière blanche, et que tu l'envoies sur un prisme. Donc un prisme, tu l'as vu c'est un objet en verre et bien tu vas voir à la sortie du prisme qui a eu une décomposition.

En fait, tu vois un faisceau qui s'est étalé. Le faisceau d'entrée s'est étalé, selon toutes les couleurs de l'arc en ciel. Donc tu as une séparation en fonction des couleurs, en fonction des longueurs d'ondes. Et cette décomposition là, c'est ça le phénomène de dispersion. On disperse la lumière donc la figure qu'on obtient à la sortie là, cette décomposition, c'est ce qu'on appelle le spectre de la lumière blanche puisqu'on a envoyé de la lumière blanche dessus.

Maintenant, qu'est-ce qui se passe si à la place d'envoyer de la lumière blanche on envoie une lumière monochromatique ? Donc, par exemple, un laser ? Donc tu refais la même expérience, tu envoies un laser rouge sur le prisme et qu'est ce que tu peux observer à la sortie ? Tu vas observer, en fait, qu'un seul faisceau. Cette fois, il n'y a pas de décomposition de faisceau.

Et d'ailleurs, c'est comme ça qu'on sait que c'est une lumière monochromatique. C'est parce qu'il n'y a pas eu de décomposition qu'on sait que c'est une lumière dite monochromatique. Mono, ça veut dire 1, chromatique, couleur = 1 couleur. Donc puisqu'il n'y a qu'une couleur, on ne peut pas la décomposer.

Ici, je ne l'ai pas écrit, mais si tu reprends le même mot, ici tu peux dire polychromatique : il y a plusieurs couleurs. Alors en parlant de couleur, il faut qu'on parle de longueurs d'ondes puisque chaque couleur est rattachée à une longueur d'onde.

Donc c'est ce qu'on voit ici, là sur sur ce schéma, les longueurs d'ondes de la lumière visible, ça va de 400 à 800 nanomètres. A 400, tu as un bord, c'est le violet et à 800 nanomètres, tu as la fin du rouge. Le rouge il commence avant, il commence un peu après 600 nanomètres. Et puis entre, tu as toutes les autres couleurs : bleu, vert jaune, rouge. Alors ça c'est la dispersion de la lumière.

la réfraction de la lumière

Alors déjà, la définition de la réfraction de la lumière, c'est le changement de direction que va subir un rayon de lumière lorsqu'il passe d'un milieu à un autre milieu. Donc, c'est lorsqu'il traverse la surface de séparation entre un milieu et un autre milieu transparent.

Chacun de ces milieux, on le caractérise en optique, par son indice de réfraction : "n". Alors comment on calcule "n" ? Est-ce que tu peux le calculer ? Oui, dans des exercices, on peut te le faire calculer.

Donc il faut connaître cette équation :"n" indice de réfraction est égal à la célérité de la lumière dans le vide / la vitesse de la lumière dans ce milieu là. Parce qu'en fait, la lumière ne va pas à la même vitesse dans le vide ou par exemple dans l'eau.

Donc si je te donne ces deux vitesses, en mètre par seconde, tu prends ta calculette, tu fais la division et tu trouveras la valeur de "n", l' indice de réfraction de ce milieu.

Et à retenir, au moins ces trois valeurs, c'est à dire que l' indice de réfraction de l'air c'est 1, l'indice de réfraction de l'eau c'est environ 1,33 et l'indice du verre, c'est environ 1,5. Donc, c'est important que tu les connaisses, éventuellement on ne te les rappellera pas dans les exercices.

Et maintenant, on arrive sur la partie la plus importante concernant la réfraction de la lumière, ce sont les lois de Snell-Descartes. Alors on a dit que la réfraction, c'était un changement de direction, quand on passe d'un milieu à un autre.Donc regarde bien ce schéma.

Ce schéma justement, en haut là, au dessus du trait horizontal, cette partie là en haut, c'est le milieu 1 : c'est le premier milieu. En bas, tu as le deuxième milieu et donc ce qu'on fait, c'est qu'on envoie un rayon lumineux, qui vient d'en haut, donc il traverse le premier milieu et tu vois, il va traverser le deuxième milieu et qu'est ce qu'on a dit ? On a dit, quand il change de milieu, il allait changer de direction. C'est bien ce qu'on voit, le faisceau là, il a changé de direction en rentrant dans le deuxième milieu. Il y a une loi qui permet de lier tout ça, de trouver "i 2", quand on a "i 1". 

Mais, il faut préciser une chose très importante, comment est-ce qu'on caractérise l'angle avec lequel le faisceau rentre dans le milieu ? Et bien, on a décidé de prendre comme référence la normale. Donc tu vois le pointillé que j'ai tracé, toi il faudra que tu le fasses dans les exercices.

Donc premièrement, tu traces la séparation des deux milieux et deuxièmement, tu traces en pointillés, une perpendiculaire à la surface de séparation. En maths, tu sais qu'on emploie indifféremment perpendiculaire ou normale.

C'est la même chose, ce qu'on appelle "la droite normale" à cette droite là, c'est sa perpendiculaire. Donc je la trace en pointillés et bien ce qu'on appelle l'angle d'incidence, c'est-à-dire l'angle avec lequel le rayon arrive, c'est l'angle entre le rayon et la normale. Attention, c'est pas entre le rayon et l'horizontal. Pareil pour le rayon réfracté, il est réfracté avec un certain angle, et cet angle, on le mesure là encore comme étant l'angle entre la normale et le rayon lui-même. Et on l'appelle "i 2". Donc l'angle avec lequel il arrive, c'est "i 1",  l'angle avec lequel il ressort, c'est "i 2". Il arrive par le milieu d'indice "n 1",  il y ressort, il est réfracté dans le milieu d'indice "n 2".

Alors deux choses à savoir, premièrement, les rayons incidents et réfractés et la normale tout ça, c'est dans le même plan. Donc celui du tableau, en l'occurrence. Deuxièmement, et ça c'est le plus important, c'est l'équation que tu auras à utiliser. Cette équation, elle t'indique que "n 1", c'est à dire l'indice x par le sinus de l'angle "i 1" est égal à "n 2" x par le sinus de l'angle "i 2". Donc ça il faut absolument que tu la connaisses et ensuite que tu saches l'utiliser.

Ca veut dire quoi savoir l'utiliser ? Ca veut dire que dans un exercice on peut te donner 'l'indice 1, "n 1", on peut te donner "n 2",  on peut te donner "i 1" et toi, il faudrait que tu trouves "i 2". Fais très attention à une chose, c'est que dans ta calculette quand tu va taper sinus de "i 1",  il faut que l'angle soit en radiant, pas en degrés.

Alors si tu veux l'utiliser en degrés, il y a des calculettes qui ont la fonction degrés. Il faut que tu l'actives mais par défaut l'angle, ici sur ta calculette,  doit être utilisé en radiant. 

Réalisateur : Les Bons Profs

Producteur : Les Bons Profs

Production : 2016

Publié le - Mis à jour le 26-06-2019

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