LES LOIS DE LA REFRACTION

Pour commencer voici un exemple de réfraction:

Il suffit d'observer la photo suivante d'un aquarium vu de trois-quart pour constater l'effet de la réfraction de la lumière sur les objets. Comme on peut le voir sur cette photo, nous avons deux images distinctes de l'amphore qui correspondent aux deux angles d'observation simultanés accessibles depuis les deux côtés de cet aquarium. Ce n'est pas un simple dédoublement des images, car les deux images de l'amphore montrent bien qu'on l'observe sous deux angles très différents. Sur l'image à droite l'amphore est vue sur le côté, alors que l'image de gauche la montre de face.

Le dessin après cette image montre quels sont les trajets suivis par la lumière depuis l'amphore jusqu'à notre oeil. On constate qu'aucune des deux images que nous observons ne correspond à la position réelle de l'amphore dans l'aquarium. Comme souvent, la vérité se trouve entre les deux...

Sur le schéma, le trajet des faisceaux lumineux à l'intérieur de l'aquarium montre bien que l'amphore est observée sous deux angles différents.

Les lois de l'optique:

Petit rappel sur la réfraction d'un rayon lumineux au passage d'un milieu d'indice n1 à un milieu d'indice n2. La surface de séparation des deux milieux transparents est appelée 'dioptre', elle peut avoir n'importe quelle forme et pas seulement plane comme ici sur le schéma; dans ce cas alors on considère la surface tangente au point de passage du rayon.

Les deux schémas illustrent deux cas de la loi de réfraction.

• Dans le cas où n1<n2 (à gauche sur le dessin) on comprend que si i1 tend vers 90°, l'angle réfracté i2 va se rapprocher d'une valeur limite ilimite; c'est à dire que le rayon est rasant à la surface du dioptre du coté n1 tandis que le rayon réfracté atteindra une valeur angulaire limite (maximale) telle que : Sinus ilimite = n1/n2. Il n'y aura donc aucun rayon lumineux venant du milieu d'indice n1 dans la zone grise comme indiqué dans le dessin en partie gauche.
• Dans le cas où n1>n2 (à droite sur le dessin) on voit que c'est l'angle réfracté i2 qui va atteindre une valeur maximale de 90° alors que i1 aura une valeur égale à ilimite. Si i1 continue à augmenter alors que i2 a déjà atteint 90°, "il ne restera plus" au rayon du milieu n1 qu'à progresser en effectuant une réflexion totale. C'est dans la zone en grise (dessin à droite de la figure) que s'effectueront les réflexions des rayons lumineux ayant une valeur d'incidence telle que i1>ilimite.

• Vide, n = 1 ................................(300 000km/s):(300 000km/s)=1
• Air, n = 1,0003
• Eau, n= 1,33
• Plexiglas, n=1,49
• Verre ordinaire, n= 1,50...........(300 000km/s):(200 000km/s)=1,50
• Verres spéciaux, n= 1,4 à 1,8
• Diamant, n= 2,42