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Dispersion et réfraction de la lumière

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Dispersion et réfraction de la lumière

 

I. Dispersion de la lumière

 

La dispersion de la lumière blanche

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On envoie un faisceau de lumière blanche sur un prisme (c’est un objet en verre). On observe alors à la sortie du prisme un faisceau étalé selon toutes les couleurs de l’arc-en-ciel. Il y a donc une séparation en fonction des longueurs d’onde : cette décomposition est le phénomène de dispersion. La figure obtenue à la sortie du prisme est appelé spectre de la lumière blanche.

 

La dispersion d’une lumière monochromatique

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On envoie un laser, par exemple rouge sur un prisme. On observe alors un seul faisceau rouge à la sortie du prisme. Il n’y a pas de décomposition de faisceau. C’est grâce à cette expérience que l’on sait que c’est une lumière monochromatique (une seule couleur). La lumière blanche, quant à elle, est polychromatique (plusieurs couleurs).

 

Les longueurs d’ondes

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Les couleurs de la lumière sont rattachées à des longueurs d’ondes. Les longueurs d’ondes de la lumière visible vont de 400 nm à 800 nm.

400 nm correspond à une couleur violette et 800 nm à une couleur rouge, et entre il y a les autres couleurs.

 

II. Réfraction de la lumière

 

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

Un milieu est caractérisé par son indice de réfraction noté $n$ : on peut calculer $n.$ La formule à connaître est : $n=\dfrac{c}{v}$, où $c$ est la célérité de la lumière dans le vide ($3,00\times 10^8 \ m/s$) et $v$ la célérité de la lumière dans le milieu (en $m/s$ ).

En effet la lumière ne va pas à la même vitesse dans le vide que dans l’eau par exemple.

Exemples à connaître :

$n_{air}\simeq 1$

$n_{eau}\simeq 1,33$

$ n_{verre}\simeq 1,5$

 

Lois de Snell-Descartes

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Ce schéma représente le passage d’un rayon lumineux d’un milieu 1 vers un milieu 2. On observe que le faisceau change de direction. Il existe des lois permettant de connaître les angles de réfraction ainsi que les indices de réfraction des milieux. Tout d’abord, il est important de savoir caractériser l’angle d’incidence $i_1$ du faisceau : la référence pour calculer l’angle est la normale à la surface de réfraction (la droite en pointillé).

L’angle d’incidence est donc l’angle entre la normale et le rayon incident. De même l’angle de réfraction $i_2$ est l’angle entre la normale et le rayon réfracté.

Les deux lois à connaître sont donc :

Les rayons incidents, réfractés et la normal sont dans le même plan.

$n_1 \times sin(i_1) = n_2 \times sin(i_2)$.

Attention à bien utiliser la calculette dans le mode radian pour les angles !