Cours de Physique et de Chimie
2de

Réfraction et réflexion totale.

dimanche 3 avril 2011 par Corentin GARRAULT

Pour comprendre la différence entre ces deux mots, utilisons une situation que nous connaissons bien.

Qui d’entre nous n’a déjà fait l’expérience d’une mare ou d’une flaque qui suivant la manière dont on la regarde, nous livrera l’image tantôt du ciel, tantôt du fond de la flaque ou de la mare ?

Essayons d’expliquer ce phénomène.

Réfraction

La réfraction correspond à la situation où l’on voit le fond de la flaque ou de la mare.
Dans ces conditions, il existe un phénomène optique assez curieux.
Avez-vous déjà constaté que lorsqu’on enfonce un objet rectiligne dans l’eau celui-ci se plie au passage air-eau ?
Vous continuez à l’avancer dans le liquide et la pliure subsiste toujours au même endroit (passage air-eau) et le reste de l’objet reste rectiligne mais l’objet présente un angle au passage air-eau.

Réfraction
Source : http://www.siteduzero.com/tutoriel-3-11638-materiaux-et-textures-partie-1-2.html

Ce phénomène est bien connu par les pécheurs au harpon. Si vous souhaitez attraper du poisson avec un harpon, il ne faut pas viser le poisson...
Sinon, vous n’en attraperez jamais !

Réfraction
Source : http://www.clg-camus-bois-colombes.ac-versailles.fr/Vie%20des%20classes%202005/Lumi%E8re/r%E9fraction/Qrefraction2.cfg.htm

C’est aussi le même phénomène qui permet aux héros dans les films d’action de ne pas être atteint par les balles des tireurs qui les visent lorsque les héros sont sous l’eau.

Tout vient du fait que l’eau et l’air n’ont pas le même indice de réfraction. Il ne laisse pas la lumière se propager à la même vitesse. Cette différence entraîne une déviation de la direction de propagation lorsque l’on passe d’un milieu à un autre (air-eau ou eau-air). Cette déviation explique les phénomènes décris ci-dessus.

Définition

La réfraction est le changement de direction que subit un rayon lumineux lorsqu’il traverse la surface de séparation entre deux milieux transparents.

Loi de Descartes

Les angles d’incidence i, et de réfraction r, vérifient la relation :
sin i = k.sin r
avec k constante dépendante des milieux dans lesquels on se trouve et de la longueur d’onde de la lumière [1].


Réflexion totale et partielle

La réflexion partielle correspond à la situation où l’on voit le ciel sur la surface de la flaque ou de la mare.

Si vous êtes attentif, cette partie du ciel n’est pas celle qui se trouve à l’aplomb (à la verticale) de la surface. C’est une partie qui est assez éloignée.

En effet, pour que la lumière venant du ciel soit renvoyée (partiellement) par la surface de l’eau vers notre oeil, il faut que cette dernière arrive le plus parallèlement possible à la surface du liquide. Cette lumière est alors réfléchie en partie vers nos yeux. Il s’agit alors d’une réflexion partielle. La surface du liquide agit alors avec ces rayons de lumière comme un miroir (imparfait, regardez le bâton que l’on voit encore sous l’eau dans la photo ci-dessous).

Réflexion partielle
Source : http://www.pbase.com/rlortie/image/72357017

Explication :

La réflexion totale correspond à la situation où l’on est sous l’eau et que l’air au-dessus de nous joue le rôle d’un miroir parfait. Là encore, il faut que la lumière arrive parallèlement à la surface (lumière qui vient du milieu sous l’eau).


Expérience

Matériel :

- Un grand récipient transparent (verre par exemple) ;
- un livre ;
- de l’eau ;
- votre oeil.

Protocole :

Remplir le récipient avec de l’eau et poser le livre à coté du récipient.

Etape 1

Se placer de l’autre coté sous le niveau du liquide dont la surface libre doit être au repos. Et observer

Etape 2

Interprétation :

Etape 3

La réflexion à la surface du liquide de rayons issues d’un objet en dessous du niveau de la surface du liquide est totale si l’angle incident avec la normale à la surface libre du liquide est suffisante. (Sans quoi une partie est transmise à l’air -réfractée- et l’autre réfléchie).

[1La longueur d’onde détermine la couleur de la lumière visible (ici dans le cas de la lumière visible).


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