Fiche de révision : Réflexion et réfraction de la lumière

📋 Plan du Cours

1. Propagation et rayon lumineux
2. Célérité de la lumière
3. Calculs de distance et durée
4. Réflexion et ses lois
5. Réfraction et indice optique
6. Loi de Snell-Descartes

📖 1. Propagation et rayon lumineux

🔑 Notions clés & Définitions

• Rayon lumineux : Modélise le trajet de la lumière par une droite munie d’une flèche indiquant le sens de propagation.

📝 Points essentiels

📌 La lumière peut se propager dans les milieux matériels transparents comme le verre, l’eau et l’air, ainsi que dans le vide, contrairement aux ondes sonores.

📌 Dans un milieu transparent, la lumière se propage en ligne droite.

💡 Astuce mémo

Lumière : milieux matériels et vide ; son : pas de vide

📖 2. Célérité de la lumière

★ À maîtriser

📐 Formule — Dans le vide ou dans l’air, la célérité de la lumière vérifie $c \approx 3{,}00 \times 10^8\ \mathrm{m/s}$.

• La célérité de la lumière dépend du milieu de propagation et vaut environ 225 000 km/s dans l’eau et 124 000 km/s dans le diamant.

Compléments

• La valeur exacte de la célérité de la lumière dans le vide est 299 792,458 km/s, soit 299 792 458 m/s.

• La lumière se propage environ 1 million de fois plus vite que le son, dont la vitesse vaut 340 m/s.

💡 Astuce mémo

Indice plus grand → célérité plus faible

📖 3. Calculs de distance et durée

★ À maîtriser

📐 Formule — La relation entre célérité, distance et durée s’écrit $c = \frac{d}{\Delta t}$, $d = c \times \Delta t$ ou $\Delta t = \frac{d}{c}$.

Compléments

• Une microseconde vaut $1\ \mu\mathrm{s} = 10^{-6}\ \mathrm{s}$.

• Pour une distance Soleil-Vénus de 108 millions de kilomètres et une célérité de 3,00 × 10⁸ m/s, la lumière met 360 s pour parvenir jusqu’à Vénus.

• Si la lumière met 4 h 12 min, soit 15 120 s, pour aller du Soleil à Neptune, la distance Soleil-Neptune vaut 4,536 × 10⁹ m.

💡 Astuce mémo

vitesse = distance / durée : c = d/Δt

📖 4. Réflexion et ses lois

🔑 Notions clés & Définitions

• Réflexion : Se produit lorsqu’un rayon lumineux est renvoyé par une surface réfléchissante, comme un miroir ou une surface d’eau calme, et reste dans le même milieu de propagation.

📝 Points essentiels

📌 Lors d’une réflexion, le rayon incident et le rayon réfléchi appartiennent au même plan d’incidence, qui contient la normale.

📌 Lors d’une réflexion, l’angle d’incidence iI est égal à l’angle de réflexion iR, soit $i_I = i_R$.

💡 Astuce mémo

Réflexion : le rayon reste dans le même milieu ; réfraction : il change de milieu

📖 5. Réfraction et indice optique

🔑 Notions clés & Définitions

• Réfraction : Changement de direction d’un rayon lumineux lorsqu’il traverse la surface séparant deux milieux transparents différents.
• Indice de réfraction : Grandeur sans unité qui caractérise chaque milieu transparent et est reliée à la vitesse de propagation de la lumière dans ce milieu.

★ À maîtriser

📌 Un rayon réfracté s’accompagne toujours d’un rayon réfléchi qui reste dans le premier milieu et ne passe pas dans le second.

📌 Plus l’indice de réfraction d’un milieu est grand, plus la vitesse de la lumière dans ce milieu est faible.

Compléments

• L’indice de réfraction du vide vaut n = 1, celui de l’air est approximativement n_air = 1,00, et les autres milieux transparents ont généralement un indice supérieur à 1.

💡 Astuce mémo

Changement de milieu → changement de direction

📖 6. Loi de Snell-Descartes

★ À maîtriser

📌 Lors d’une réfraction, le rayon incident et le rayon réfracté appartiennent au même plan d’incidence.

📐 Formule — Les angles d’incidence et de réfraction vérifient la loi de Snell-Descartes $n_1 \times \sin(i_1) = n_2 \times \sin(i_2)$.

Compléments

• Dans la loi de Snell-Descartes, n1 est l’indice du premier milieu et n2 celui du deuxième milieu.

• 🔄 Pour effectuer un calcul trigonométrique de réfraction:

  1. Régler la calculatrice en degrés
  2. Vérifier que sin(30) donne 0,5
  3. Utiliser sin⁻¹(0,5) = 30° pour retrouver un angle

📊 Tableaux de synthèse

Indices de réfraction des milieux