À propos de cette expérience
Dirige un rayon lumineux vers l’interface entre deux matériaux transparents. Ajuste l’angle et les indices de réfraction pour comparer la réflexion, la réfraction et la réflexion totale interne. Les deux angles sont mesurés par rapport à la normale, la droite perpendiculaire à l’interface. La largeur des rayons donne une indication schématique de la puissance, tandis que les valeurs numériques indiquent les fractions calculées.
Objectifs pédagogiques
- Appliquer la loi de la réflexion et la loi de Snell à une interface plane
- Prédire si le rayon transmis se rapproche de la normale ou s’en éloigne
- Identifier l’angle critique et les conditions de réflexion totale interne
Comment l’utiliser
- 1Placez l’air au-dessus du verre et augmentez l’angle d’incidence. Comparez les angles d’incidence et de réfraction.
- 2Inversez les milieux. Observez comment le rayon réfracté s’éloigne de la normale.
- 3Choisissez le préréglage de réflexion totale interne, puis diminuez l’angle jusqu’à passer sous l’angle critique.
- 4Réglez les deux indices de réfraction sur la même valeur. Vérifiez la direction du rayon et la puissance réfléchie.
Le modèle
Hypothèses
- Les deux milieux sont homogènes, isotropes, non magnétiques et transparents, sans absorption.
- L’interface est plane et beaucoup plus grande que la longueur d’onde. La diffraction et la rugosité de surface sont négligées.
- Les indices de réfraction sont réels et indépendants de la longueur d’onde. Les fractions de puissance de Fresnel supposent une lumière non polarisée.
À essayer en classe
- Q1Pourquoi n’existe-t-il pas d’angle critique lorsque la lumière passe de l’air au verre ?
- Q2Pour du verre d’indice 1,50 vers l’air, estimez l’angle critique et vérifiez votre estimation.
- Q3À incidence normale, un angle de réfraction nul implique-t-il une puissance réfléchie nulle ?
Foire aux questions
Pourquoi le rayon réfléchi subsiste-t-il lorsqu’il y a réfraction ?
À la frontière entre deux indices de réfraction différents, une partie de la puissance incidente est généralement réfléchie et une autre transmise. Les équations de Fresnel déterminent ces fractions.
Que se passe-t-il exactement à l’angle critique ?
La direction limite transmise longe l’interface et forme un angle de 90 degrés avec la normale. Pour une interface sans pertes, la puissance transmise normale à l’interface tend vers zéro. Au-delà de l’angle critique, ce modèle ne comporte aucun rayon transmis propagatif.