La lumière
1 Généralités
1.1 Sources de lumière
Remarque préalable : pour qu'il nous soit possible de voir des objets, il faut que ceux-ci nous envoient de la lumière.
- Les sources primaires de lumières sont les sources qui produisent elle-même leur lumière (le soleil, le feu, le laser…).
- Les sources secondaires sont des objets qui diffusent la lumière qu'ils reçoivent d'une source primaire (une page de journal, une plante en sont des exemples).
1.2 Récepteurs de lumière
Tout élément ou objet sensible à la lumière est un récepteur de lumière. On les sépare en 3 catégories : les récepteurs électroniques, photochimiques et physiologiques.
- Un corps transparent laisse passer la lumière qu'il reçoit.
- Un corps opaque ne laisse pas passer la lumière qu'il reçoit, mais tous les corps opaques diffusent une partie de la lumière qu'ils reçoivent (sauf les corps noirs).
2 La propagation de la lumière
La lumière est une onde dont l'une des particularités est de se propager dans le vide (notamment le vide de l'espace sans quoi le soleil ne pourrait pas nous éclairer) et dans les milieux transparents.
Règle essentielle : le principe de propagation rectiligne
- Dans tout milieu homogène et transparent, la lumière se propage en ligne droite.
- Dans les exercices on représente le sens de propagation par une flèche.
- La vitesse de propagation de la lumière
- Dans le vide : elle est toujours égale à 299 792 458 m.s-1, on l'appelle la célérité et on la note c. Retenez l'ordre de grandeur c = 300 000km.s-1 (c = 3 x 10E8m.s-1)
- Dans les milieux transparents : la lumière se propage à une vitesse inférieure à
la célérité. La vitesse de propagation v de la lumière dans un milieu transparent homogène
est directement liée à l'indice de réfraction n de ce milieu par la formule :
n = c / v
Attention : vérifiez à bien prendre les mêmes unités pour v et c ! En règle générale n est compris entre 1 et 3.
3 Diffusion, réflexion et réfraction de la lumière
3.1 Définitions
La diffusion
Diffuser de la lumière consiste à renvoyer dans toutes les directions la lumière reçue.
La réflexion
Une surface réfléchit la lumière lorsqu'elle renvoie la lumière qu'elle reçoit dans une direction précise.
Vocabulaire essentiel
- [IS) est le rayon incident
- I est le point d'incidence
- [IR) est le rayon réfléchi
- [IN) est appelée la normale à la surface réfléchissante en I
- i1 est l'angle d'incidence
- i1' est l'angle de réflexion
- [IT) est le rayon réfracté
- [IN') est la normale à la surface de séparation en I
- i2 est l'angle de réfraction
3.2 Les lois de Descartes
- Lois sur la réflexion :
- Le rayon réfléchi est toujours dans le plan d'incidence (le plan vert).
- L'angle de réflexion est le même que l'angle d'incidence i1=i1'.
- Lois sur la réfraction :
- Le rayon réfracté est toujours dans le plan d'incidence (le plan vert).
- Les angles d'incidence et de réfraction sont liés par la relation.
(n1 et n2 étant les indices de réfraction des milieux 1 et 2)
La réflexion totale :
Pour certaines valeurs de i1 et de n1 et n2 on trouverait par le calcul que sin i2 > 1, or cela est mathématiquement impossible (car la valeur d'un sinus est toujours inférieure ou égale à 1), cela signifie que le rayon réfracté n'existe pas dans ces cas, le rayon est seulement réfléchi. C'est ce phénomène que l'on qualifie de réflexion totale.
Conditions d'existence :
On considère un faisceau lumineux allant d'un milieu d'indice de réfraction n1 à un milieu d'indice n2.
Il peut y avoir réfraction totale lorsque n1 > n2 et lorsque l'angle d'incidence i1 est plus grande que l'angle de réfraction limite il (pour lequel on sait que sin il = n2 / n1).
