ACTIVITE : APPLICATIONS SUR REFRACTION ET DISPERSION
Objectifs⚓
Utiliser les lois de la réfraction.
Tracer la marche d’un rayon lumineux.
Appliquer la réfraction dans la vie courante.
Retenir l’ordre de déviation des radiations de la lumière blanche vers la base du prisme.
Appliquer la réfraction en géomatique.
Matériel⚓
Vidéo projecteur
Smartphone
Kitoptic
Tableau magnétique
Vérification prérequis⚓
Déroulement⚓
MISE EN EVIDENCE DU PHENOMENE DE REFRACTION.⚓
Consigne
Visionnes la vidéo ci-dessous du début jusqu'à 1min12s puis réponds aux questions posées :
Qu'est-ce qu'un arc en ciel ?
Quand voit-on un arc en ciel ?
Qu'est-ce qui provoque un arc en ciel ?
Comment expliquer la formation d'un arc en ciel ?
Nota Bene :
A l'issue de cette activité, nous reviendrons pour apporter ensemble des réponses à ces questions.
VERIFICATION DES LOIS DE LA REFRACTION⚓
Complément :
Consigne
Visualise attentivement la vidéo ci-dessous et prends notes.
Définition :
La loi de Snell-Descartes est une équation mathématique permettant de calculer les angles incidents et réfractés ainsi que les indices de réfraction absolus des milieux en présence.
Exemple :
Méthode :
Rappel :
Première loi : le rayon incident, la normale au point incident et le rayon réfracté sont situés dans le même plan.
Deuxième loi : il existe un rapport constant entre le sinus de l'angle d'incidence et le sinus de l'angle de réfaction.
Ce rapport est appelé indice de réfaction du milieu (2) par rapport au milieu 1.
Attention :
Le rayon réfracté est dans le même plan que le rayon incident et la normale.
Il faut toujours considérer les angles par rapport à la normale, et non par rapport à la surface du milieu.
Il est important de mettre sa calculatrice en mode degrés plutôt qu'en mode radians lorsque la loi de Snell-Descartes doit être utilisée.
Nota Bene :
Applications⚓
Prisme à réflexion totale⚓
Dispersion de la lumière⚓
La dispersion est le phénomène optique qui explique pourquoi la lumière blanche est séparée en ses couleurs constituantes lorsqu'elle traverse un milieu transparent.
DECOMPOSITION DE LA LUMIERE BLANCHE
La lumière émergeante est recueillie sur un écran. On observe une bande colorée rappelant les couleurs de l'arc-en-ciel :le rouge, l'orange, le jaune, le vert, le bleu, l'indigo et le violet. Le rouge est le moins dévié alors que le violet est le plus dévié.
Fontaines lumineuses ; fibres optiques⚓
Complément :
En télécommunications, la fibre optique est utilisée pour la transmission d’information, que ce soit des conversations téléphoniques, des images ou des données. C’est probablement l’un des domaines où l’utilisation de la fibre optique est le plus important et a le plus d’avenir. Un fil de cuivre ne peut supporter que quelques communications, contre 300000 pour la fibre optique. Les fibres sont alors utilisées en particulier pour les réseaux à haut débit. Leurs capacités de transmission atteignent des débits de l’ordre du gigabit par seconde (câbles transatlantiques) avec une atténuation très faible et grâce aux multiplexages, on atteint la centaine de Gbits/s.
Application dans le domaine médical : la fibroscopie⚓
La fibroscopie est une technique d’exploration médicale faite au moyen d’un fibroscope. Il est constitué d’un tube souple dans lequel est intégré une ou plusieurs fibres optiques.
Le fibroscope est équipé :
- d’une caméra qui sert à éclairer le milieu pour aider le médecin à guider le fibroscope et à observer l’état du milieu pour déceler d’éventuels problèmes.
- de systèmes permettant de faire des prélèvements pour des biopsies, pour cautériser des vaisseaux sanguins, pour détruire des calculs, des tumeurs etc.
La fibroscopie est très utilisée pour explorer l’œsophage, le pharynx, les bronches, l’estomac, le côlon etc.
TESTS⚓
Test 1⚓
Test 2⚓
Test 3⚓
Test 4⚓
Question⚓
1. Un rayon lumineux passe de l'air ans l'eau. L'angle d'incidence est i = 60°, l'indice de réfraction est \(\frac{4}{3}\). Trouver l'angle de réfraction.
2. Un rayon lumineux passe d'un milieu d'indice absolu \(\sqrt{3}\) à un milieu d'indice absolu x. Quelle doit être la valeur de x pour que l'angle de réfraction soit égal à 90° lorsque l'angle d'incidence est de 72° ?
POUR ALLER PLUS LOIN⚓
Réfraction de la lumière-Réflexion totale⚓
La réfraction de la lumière est le changement de trajectoire de la lumière lorsqu'elle change de milieu matériel. Ici, on étudie la réfraction de l'air vers le plexiglas puis du plexiglas vers l'air. Dans cette dernière situation, on constate qu'au delà d'un certain angle, la lumière se réfléchit totalement, on parle de réflexion totale. Enfin, on change de milieu pour étudier la réfraction de l'air vers l'eau. L'utilisation d'une source laser et d'un disque gradué permet facilement la mesure des angles d'incidence et de réfraction afin de déterminer l'indice de réfraction du milieu traversé.
Dispersion de la lumière : phénomène de l'arc en ciel⚓
Un arc-en-ciel est un phénomène optique et météorologique qui rend visible le spectre continu de la lumière du ciel quand le soleil brille pendant la pluie. C'est un arc coloré avec le rouge à l'extérieur et le violet à l'intérieur.
L'arc-en-ciel se forme lorsque la lumière du Soleil, assez bas sur l'horizon, est décomposée par les gouttes d'eau en suspension dans l'atmosphère, qui jouent un rôle analogue à un prisme. L'arc-en-ciel comporte deux arcs de cercle dont l'ordre des couleurs est inversé.
Un arc-en-ciel se déploie après la pluie ou une tempête, et il symbolise aussi se calmer du ciel. Selon ce symbolisme, un arc-en-ciel.
fibre optique transatlantique⚓
Le phénomène de réflexion totale est mis à profit dans les fibres optiques pour guider la lumière ; ces fibres optiques sont des tuyaux de verre ou de plastique transparents très fins et souples qui peuvent se courber. Lorsque la lumière pénètre dans une fibre optique, elle ne peut en sortir que par l’autre bout après une suite de réflexions totales sur les faces de la fibre.
Ce procédé est utilisé dans les télécommunications pour transmettre des informations.
Comment fonctionne internet⚓
Les ordinateurs se connectent entre eux et à Internet par des fils, des câbles, des ondes radio et d'autres types d'infrastructures réseau. Toutes les données envoyées sur Internet sont traduites en impulsions lumineuses ou électriques, également appelées « bits », qui sont interprétées par l'ordinateur récepteur.