Fiche résumé — Réflexion, réfraction et signaux lumineux
Chapitre 13 | Seconde Bac Pro | Physique-Chimie
Propagation de la lumière
Onde électromagnétique, pas besoin de milieu matériel
Se propage en ligne droite dans un milieu homogène
Vitesse dans le vide : \(c = 3{,}0 \times 10^8\) m/s
Dans un milieu matériel : \(v < c\)
Réflexion
\( i_r = i_1 \)
Angles mesurés par rapport à la normale
Rayon incident, normale et rayon réfléchi dans le même plan
Bois poli/verni : réflexion spéculaire (brillant)
Bois mat : réflexion diffuse
Réfraction — Snell-Descartes
\( n_1 \cdot \sin(i_1) = n_2 \cdot \sin(i_2) \)
Si \(n_2 > n_1\) : le rayon se rapproche de la normale
Si \(n_2 < n_1\) : le rayon s'éloigne de la normale
Indice de réfraction
\( n = \dfrac{c}{v} \qquad (n \geq 1) \)
Air : \(n \approx 1{,}00\)
Eau : \(n = 1{,}33\)
Verre : \(n = 1{,}50\)
Diamant : \(n = 2{,}42\)
Réflexion totale interne
\( \sin(i_\ell) = \dfrac{n_2}{n_1} \)
Condition : \(n_1 > n_2\) (milieu dense vers moins dense)
Si \(i > i_\ell\) : le rayon est totalement réfléchi
Principe de la fibre optique
Applications en atelier
Brillance du bois : réflexion spéculaire (vernis) ou diffuse (mat)
Capteur photodiode IR : détection de pièces par réflexion
Fibre optique CNC : signal sans perte par réflexion totale
Laser de découpe : guidage par miroirs orientables
Piège 1 : Mesurer les angles par rapport à la surface au lieu de la normale. Tous les angles en optique se mesurent par rapport à la perpendiculaire à la surface.
Piège 2 : Oublier de vérifier si \(n_1 > n_2\) avant d'appliquer la formule de l'angle limite. La réflexion totale n'existe que du milieu dense vers le milieu moins dense.
Piège 3 : Confondre \(\sin(i_2)\) et \(i_2\). Après avoir trouvé \(\sin(i_2)\), il faut encore appliquer \(\arcsin\) pour obtenir l'angle en degrés.
Astuce : Pour savoir si le rayon se rapproche ou s'éloigne de la normale : « milieu plus dense = rayon plus vertical » (se rapproche de la normale).
Astuce : Retenir l'ordre de grandeur : \(n_{air} \approx 1\), \(n_{eau} \approx 1{,}3\), \(n_{verre} \approx 1{,}5\). Plus \(n\) est grand, plus la lumière ralentit.
Résumé express — Méthode type
Identifier le phénomène : réflexion (même milieu) ou réfraction (changement de milieu).
Réflexion : appliquer \(i_r = i_1\) directement.
Réfraction : repérer \(n_1\), \(n_2\), \(i_1\), puis calculer \(\sin(i_2) = n_1 \sin(i_1) / n_2\) et \(i_2 = \arcsin(\ldots)\).
Réflexion totale : vérifier \(n_1 > n_2\), calculer \(i_\ell = \arcsin(n_2/n_1)\), comparer avec \(i_1\).
Vérifier la cohérence : l'angle réfracté est plus petit si on entre dans un milieu plus dense.