Refraction de la lumière

Introduction

En optique, la réfraction est la déviation de la lumière lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre ayant des propriétés différentes. Cela explique notamment pourquoi une paille paraît cassée dans un verre d'eau.

Phénomène de réfraction

Lorsque la lumière traverse une interface entre deux milieux avec des indices de réfraction différents, sa trajectoire change. Par exemple, lorsqu’elle passe de l’air dans l’eau, elle se déplace en déviant sa trajectoire.

Indice de réfraction

L'indice de réfraction \(n\) d’un milieu mesure sa capacité à ralentir la lumière. Plus \(n\) est élevé, plus la lumière ralentit dans ce milieu. Il est défini par :

\[ n = rac{c}{v} \]

où :

• \(c\) est la vitesse de la lumière dans le vide (~300 000 km/s),
• \(v\) est la vitesse de la lumière dans le milieu.

Devenir la trajectoire de la lumière

La loi fondamentale de la réfraction s’appelle la loi de Snell-Descartes. Elle relie les angles d’incidence \( heta_1\) et de réfraction \( heta_2\) :

\[ n_1 \sin heta_1 = n_2 \sin heta_2 \]

où :

• \(n_1\) est l’indice du premier milieu,
• \(n_2\) celui du second.

Exemple pratique

Supposons que la lumière passe de l’air (n ≈ 1) vers l’eau (n ≈ 1,33). Si l’angle d’incidence dans l’air est de 30°, l’angle de réfraction dans l’eau est calculé par :

\[ 1 imes \sin 30° = 1,33 imes \sin heta_2 \]

Ce qui donne :

\[ \sin heta_2 = rac{\sin 30°}{1,33} pprox rac{0,5}{1,33} pprox 0,375 \]

Et donc :

\[ heta_2 = rcsin(0,375) pprox 22° \]

Conclusion

La réfraction modifie la trajectoire de la lumière à l’interface entre deux milieux. Elle est essentielle pour la formation des images dans les lentilles, les instruments optiques, et explique plusieurs phénomènes naturels.