QCM : Ondes lumineuses et lois optiques — 17 questions

Explication

La propagation rectiligne est observée lorsque le milieu possède les mêmes propriétés en tout point et dans toutes les directions. Un changement de milieu peut au contraire modifier la direction de propagation.

Explication

Un milieu homogène et isotrope présente les mêmes propriétés en tout point de l’espace et dans toutes ses directions. Une variation spatiale ou directionnelle ne correspond donc pas à cette définition.

Explication

Dans le vide, la célérité de la lumière vaut environ $3{,}00 \times 10^8\ \mathrm{m.s^{-1}}$. La valeur proche de $340\ \mathrm{m.s^{-1}}$ correspond à la célérité du son dans l’air.

Explication

La lumière est une onde électromagnétique associant un champ électrique et un champ magnétique, tandis que le son est une onde mécanique. Les deux phénomènes ne reposent donc pas sur la même nature physique.

Explication

Le domaine visible par l’œil humain comprend les longueurs d’onde entre 400 nm et 800 nm, donc 650 nm y appartient. Les ondes radio et les rayons X correspondent à d’autres régions du spectre électromagnétique, tandis que les infrasons concernent le son.

Explication

Un dioptre est la surface qui sépare deux milieux. La droite perpendiculaire à cette surface est la normale, et non le dioptre lui-même.

Explication

Le rayon incident atteint le dioptre, le rayon réfléchi repart dans le premier milieu et le rayon réfracté pénètre dans le second avec une direction différente. Confondre les rayons réfléchi et réfracté revient à inverser les milieux qu’ils parcourent.

Explication

La loi de la réflexion impose l’égalité entre l’angle d’incidence et l’angle de réflexion, avec les deux rayons dans un même plan. La relation faisant intervenir les indices concerne la réfraction et peut donner un angle réfracté différent.

Explication

La loi de la réfraction relie les indices aux sinus des angles par $n\sin i = n′\sin r$. L’égalité directe entre les angles correspond plutôt à la réflexion, tandis que les relations en cosinus ou sans sinus ne sont pas la loi de Snell-Descartes.

Explication

L’indice de réfraction est le rapport entre la célérité dans le vide et celle dans le milieu, soit $n = \frac{c}{v}$. Le rapport inverse ne correspond pas à l’indice défini pour le milieu considéré.

Explication

La réflexion totale exige que le rayon parte d’un milieu plus réfringent, avec $n>n′$, et que l’incidence atteigne ou dépasse la valeur limite. Si l’angle reste inférieur à cette valeur, une réfraction subsiste.

Explication

À la limite, le rayon réfracté fait un angle de $90°$, ce qui conduit à $n\sin i_{\mathrm{limite}}=n′$ puis à $\sin i_{\mathrm{limite}}=\frac{n′}{n}$. Le rapport inverse ne peut pas représenter cette limite lorsque $n>n′$.

Explication

La dispersion correspond à la séparation des différentes radiations constituant la lumière blanche. Le changement de direction à une interface relève de la réfraction, qui peut contribuer au phénomène sans en donner la définition.

Explication

Dans l’eau, les radiations possèdent des vitesses différentes et leurs angles de réfraction diffèrent, ce qui provoque leur séparation. Leur angle d’incidence est commun lorsqu’elles arrivent ensemble sur la goutte.

Explication

L’indice de réfraction dépend à la fois du milieu et de la radiation lumineuse qui le traverse, ce qui explique la dispersion. La puissance, la durée ou la forme du faisceau ne déterminent pas cette dépendance dans la règle considérée.

Explication

La distance parcourue est le produit de la vitesse par la durée, soit $d = v\Delta t$. La division de la vitesse par la durée ne correspond pas à cette relation physique.

Explication

Le retard observé correspond principalement au temps mis par le son pour atteindre l’observateur, car le temps de parcours de la lumière est négligeable. On calcule donc d’abord la distance parcourue par le son pendant ce retard.