Chapitre 13 | 2nde Bac Pro | Physique-Chimie
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Propagation de la lumière
Dans un milieu homogène et transparent, la lumière se propage :
Vitesse de la lumière
La vitesse de la lumière dans le vide vaut environ :
Nature de la lumière
La lumière est :
Réflexion — Définition
La réflexion de la lumière, c’est :
Loi de réflexion
Lors d’une réflexion, l’angle de réflexion est :
Mesure des angles
Les angles d’incidence et de réflexion se mesurent par rapport :
Réfraction — Définition
La réfraction se produit quand :
Indice de réfraction
L’indice de réfraction d’un milieu est toujours :
Indice de réfraction — Valeurs
L’indice de réfraction de l’air vaut environ :
Vitesse dans un milieu
Dans un milieu matériel (eau, verre...), la lumière se propage :
Bois poli — Brillance
Un bois poli et verni apparaît brillant car la surface produit une :
Fibre optique — Composition
Une fibre optique est composée :
Réflexion totale interne
La réflexion totale interne se produit quand la lumière passe :
Ombre et pénombre
La formation des ombres s’explique par :
Avantage de la fibre optique
La fibre optique est insensible aux perturbations électromagnétiques car :
Loi de réflexion — Application
Un rayon lumineux frappe un miroir plan avec un angle d’incidence de 35°. L’angle de réflexion vaut :
Indice de réfraction — Formule
L’indice de réfraction \(n\) d’un milieu est défini par :
L’indice de réfraction du verre ordinaire vaut environ :
Loi de Snell-Descartes
La loi de Snell-Descartes pour la réfraction s’écrit :
Réfraction — Sens de déviation
Quand la lumière passe de l’air (\(n_1 = 1{,}00\)) dans le verre (\(n_2 = 1{,}50\)), le rayon réfracté :
Calcul de l’angle réfracté
Un rayon passe de l’air (\(n_1 = 1{,}00\)) dans le verre (\(n_2 = 1{,}50\)) avec \(i_1 = 30°\). Sachant que \(\sin(30°) = 0{,}50\), on obtient \(\sin(i_2) =\) :
Vitesse dans l’eau
L’indice de l’eau est \(n = 1{,}33\). La vitesse de la lumière dans l’eau vaut environ :
Réflexion spéculaire vs diffuse
Une surface rugueuse (bois mat) produit une réflexion :
Angle limite — Formule
L’angle limite de réflexion totale interne est donné par :
Fibre optique — Principe
La lumière reste confinée dans le cœur d’une fibre optique grâce à :
Capteur de présence
Un capteur à réflexion infrarouge sur une machine à bois fonctionne en exploitant :
Laser de découpe
Dans une machine laser CO₂, le faisceau est guidé par :
Indice et vitesse
Plus l’indice de réfraction \(n\) d’un milieu est élevé :
Glossmètre
En atelier, le glossmètre sert à mesurer :
CNC et fibre optique
Les centres d’usinage CNC utilisent la fibre optique pour les signaux de commande car :
Calcul d’angle réfracté
Un rayon passe de l’air (\(n_1 = 1{,}00\)) dans le verre (\(n_2 = 1{,}50\)) avec \(i_1 = 40°\). Sachant que \(\sin(40°) \approx 0{,}643\), l’angle réfracté \(i_2\) vaut environ :
Réfraction — Milieu moins dense
Un rayon passe de l’eau (\(n_1 = 1{,}33\)) vers l’air (\(n_2 = 1{,}00\)) avec \(i_1 = 25°\). L’angle réfracté \(i_2\) est :
Angle limite — Calcul
Le cœur d’une fibre a un indice \(n_1 = 1{,}50\) et la gaine \(n_2 = 1{,}42\). L’angle limite vaut environ :
Réflexion totale — Condition
Pour la fibre précédente (\(i_\ell \approx 71{,}2°\)), un rayon arrivant avec \(i = 80°\) :
Vitesse dans le diamant
Le diamant a un indice \(n = 2{,}42\). La vitesse de la lumière dans le diamant vaut environ :
Miroir tournant
Un miroir plan tourne de 10°. Le rayon réfléchi tourne de :
Miroir à 45° — Laser
Un faisceau laser arrive horizontalement sur un miroir incliné à 45°. Le faisceau réfléchi repart :
Angle limite — Fibre optique
Une fibre optique en verre (\(n_1 = 1{,}50\)) entourée d’une gaine (\(n_2 = 1{,}45\)). L’angle limite vaut environ :
Calcul de vitesse
Le plexiglas a un indice \(n = 1{,}49\). La vitesse de la lumière dans le plexiglas vaut environ :
Laser CO₂ et miroirs
On utilise des miroirs plutôt que des fibres optiques pour guider un laser CO₂ car :
Réfraction — Calcul inverse
Un rayon passe de l’eau (\(n_1 = 1{,}33\)) vers l’air (\(n_2 = 1{,}00\)) avec \(i_1 = 25°\). Sachant que \(\sin(25°) \approx 0{,}423\), l’angle réfracté vaut environ :
Atténuation — Fibre vs cuivre
L’atténuation dans une fibre optique est d’environ 0,2 dB/km. Pour le cuivre, elle est d’environ :
Angle limite — Eau vers air
Pour le passage eau (\(n_1 = 1{,}33\)) vers air (\(n_2 = 1{,}00\)), l’angle limite de réflexion totale vaut environ :
Brillance — Classes de finition
En atelier, une finition « satinée » correspond à un brillant d’environ :
Synthèse — Raisonnement complet
Un menuisier agenceur vérifie une vitre (\(n = 1{,}50\)). Un rayon dans le verre arrive sur l’interface verre/air avec un angle de 50°. Sachant que \(\sin(i_\ell) = 1/1{,}50 \approx 0{,}667\), soit \(i_\ell \approx 41{,}8°\), que se passe-t-il ?