Réfraction et loi de Snell-Descartes

La lumière voyage en ligne droite quand qu’elle se propage. Mais comment se comporte-t-elle lorsqu’elle rencontre un nouveau milieu (air, eau, verre…) ?

Le phénomène de réfraction de la lumière

Une tasse dans un aquarium met en évidence le phénomène de réfraction
Une tasse dans un aquarium met en évidence le phénomène de réfraction
Une moitié de crayon baignée dans une tasse met en évidence le phénomène de réfraction
Une moitié de crayon baignée dans une tasse met en évidence le phénomène de réfraction

Classe inversée : loi de Snell-Descartes

Snell et Descartes ont formulé les relations mathématiques qui régissent le comportement de la lumière lorsqu’elle se réfléchit et se transmet suite à la rencontre d’un nouveau milieu.

Grace à la simulation d’expérience ci-dessous “Comportement de la lumière”, réalisez les travaux décrits à la suite de la simulation.

Comportement de la lumière

Vous pouvez visualiser le trajet des rayons lumineux et observer les réfractions et réflexions dans différentes situations. Vous pouvez aussi effectuer des mesures d’intensité lumineuse, de célérité de la lumière et même d’angles afin de mettre en évidence les lois de Snell-Descartes

Loi sur la réfraction

Travail n°1 : Tableau de mesures

  • Dans “intro”, allumer le laser et positionner-le pour qu’il effectue un angle d’incidence de 10°. 
  • Mesurer ensuite l’angle de réfraction et consigner vos mesures dans un tableau.
  • Refaites le même travail mais pour un angle d’incidence de 20°, puis 30° etc… 

Travail n°2 : Exploitation des mesures

A l’aide de vos résultats, valider ou invalider les 3 hypothèses ci-dessous :

Hypothèse 1 : Robert GROSSETÊTE

L’angle de réfraction i2 est égal à la moitié de l’angle d’incidence i1 : i2 = i1 / 2
Conclusion : M. Grossetête a-t-il raison ?

Hypothèse 2 : Johannes KEPLER

Selon lui, i1 est proportionnel à i2 :
Cela signifie que le graphique i2 en fonction de i1 doit présenter une droite passant par l’origine.

Conclusion : A la vue de ton graphique, M. Kepler a-t-il raison ?

Hypothèse 3 : René DESCARTES

Selon lui, ce serait sin (i1) qui est proportionnel à sin (i2) :
Cela signifie que le graphique sin(i2) en fonction de sin(i1) doit présenté une droite passant par 0.

Conclusion : A la vue de ton graphique, M. Descartes a-t-il raison ?

Loi sur la réflexion

Travail n°3 : Tableau de mesures

  • Dans “intro”, allumer le laser et positionner-le pour qu’il effectue un angle d’incidence de 10°. 
  • Mesurer ensuite l’angle de réflexion et consigner vos mesures dans un tableau.
  • Refaites le même travail mais pour un angle d’incidence de 20°, puis 30° etc… 

Travail n°4 : Exploitation des mesures

A l’aide de vos résultats, quelle relation mathématique simple entre l’angle d’incidence et l’angle de réfraction peut-on trouver ?

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