La formule de la loi de la réfraction de la lumière - cas généraux et cas particuliers

La loi de la réfraction de la lumière est utilisée dans de nombreux domaines différents et permet de déterminer le comportement des rayons lorsqu'ils passent d'un milieu à un autre. Il n'est pas difficile de comprendre les caractéristiques de ce phénomène, ses causes et d'autres nuances importantes. Il est également utile de comprendre les types de réfraction, car ils sont d'une grande importance lors du calcul et de l'utilisation des principes de la loi dans la pratique.

L'exemple le plus courant est celui d'un tube ou d'une cuillère dans un verre d'eau transparent.

Quel est le phénomène de réfraction de la lumière ?

Ce phénomène est connu de presque tout le monde, car il est largement rencontré dans la vie quotidienne. Par exemple, si vous regardez le fond d'un réservoir d'eau transparent, il semble toujours plus proche qu'il ne l'est réellement. Cette distorsion peut être observée dans les aquariums et est connue de presque tout le monde. Mais pour comprendre la question, il faut tenir compte de quelques aspects importants.

Raisons de la réfraction

Les caractéristiques des différents milieux traversés par la lumière sont ici déterminantes. Leur densité varie souvent, de sorte que la lumière se propage à des vitesses différentes. Cela a également un effet direct sur ses propriétés.

Lorsque la lumière du soleil traverse un prisme, elle se répand dans toutes les couleurs du spectre.

Lorsqu'elle passe d'un milieu à l'autre (au point où ils se rejoignent), la lumière change de direction en raison des différences de densité et d'autres caractéristiques. L'écart peut être différent, plus la différence entre les caractéristiques des supports est grande, plus la distorsion est finalement formée.

D'ailleurs ! Lorsque la lumière est réfractée, une partie de celle-ci est toujours réfléchie.

Exemples de la vie

On peut trouver des exemples presque partout, de sorte que tout le monde peut voir comment la réfraction affecte la perception des objets. Les variantes les plus caractéristiques sont les suivantes :

1. Si vous placez une cuillère ou un tube dans un verre d'eau, vous pouvez constater que visuellement l'objet cesse d'être droit et dévie à partir de la limite des deux milieux. Cette illusion d'optique est utilisée comme exemple le plus souvent.
2. Par temps chaud, un effet de flaque se produit souvent sur l'asphalte. En effet, les rayons sont réfractés au niveau de la forte différence de température (près du sol lui-même), de sorte que l'œil voit un léger reflet du ciel.
3. Les mirages apparaissent également en raison de la réfraction. C'est plus compliqué, mais ce phénomène ne se retrouve pas seulement dans le désert, mais aussi dans les montagnes et même dans la zone intermédiaire. Une autre possibilité est de voir des objets qui se trouvent au-delà de la ligne d'horizon.
   Un mirage est l'une des merveilles de la nature qui est causée par la réfraction de la lumière.
4. Les principes de la réfraction sont également utilisés dans de nombreux objets de la vie quotidienne : lunettes, loupes, judas de porte, projecteurs et diaporamas, jumelles, etc.
5. De nombreux types d'équipements scientifiques fonctionnent en appliquant la loi en question. Il s'agit notamment de microscopes, de télescopes et d'autres instruments optiques sophistiqués.

Quel est l'angle de réfraction

L'angle de réfraction est l'angle formé par le phénomène de réfraction à la jonction de deux milieux transparents ayant des propriétés différentes de transmission de la lumière. Elle est déterminée à partir d'une ligne perpendiculaire tracée au plan de réfraction.

Si un liquide de densité supérieure à celle de l'eau est versé dans un verre, l'angle de réfraction devient plus grand.

Ce phénomène est dû à deux lois, la conservation de l'énergie et la conservation de la quantité de mouvement. Lorsque les propriétés du milieu changent, la vitesse de l'onde change inévitablement, mais sa fréquence reste la même.

De quoi dépend l'angle de réfraction ?

L'indice peut varier et dépend principalement des caractéristiques des deux milieux traversés par la lumière. Plus la différence entre les deux est grande, plus la déviation visuelle est importante.

L'angle dépend également de la longueur d'onde de la lumière émise. L'écart varie en fonction de cette valeur. Dans certains environnements, la fréquence de l'onde électromagnétique a une grande influence, mais ce n'est pas toujours le cas.

Dans les matériaux optiquement anisotropes, l'angle est influencé par la polarisation de la lumière et sa direction.

Types de réfraction

Le type le plus courant est la réfraction commune de la lumière, lorsque, en raison des différentes caractéristiques du milieu, un effet de distorsion peut être observé dans une certaine mesure. Mais il existe d'autres variétés qui apparaissent en parallèle ou qui peuvent être considérées comme un phénomène distinct.

Lorsqu'une onde polarisée verticalement frappe la frontière entre deux milieux sous un certain angle (appelé angle de Brewster), il est possible d'observer la réfraction totale. Dans ce cas, il n'y aura pas d'onde réfléchie du tout.

La réflexion interne totale ne peut être observée que lorsque le rayonnement passe d'un milieu à indice de réfraction plus élevé dans un milieu moins dense. Dans ce cas, l'angle de réfraction est plus grand que l'angle d'incidence. C'est-à-dire qu'il existe une relation inverse. De plus, lorsque l'angle d'incidence augmente, et qu'il atteint une certaine valeur, l'indice devient de 90 degrés.

Si la lumière tombe sur la limite des deux milieux à un certain angle, elle peut simplement être réfléchie.

Si vous augmentez encore la valeur, le faisceau sera réfléchi à la limite des deux substances sans passer dans l'autre milieu. C'est ce phénomène que l'on appelle la réflexion interne totale.

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Une clarification est nécessaire ici concernant le calcul des chiffres, car la formule est différente de la formule standard. Dans ce cas, cela ressemblera à ceci :

sin _pr=n₂₁

Ce phénomène a permis de créer la fibre optique, un matériau capable de transmettre d'énormes quantités d'informations sur des distances illimitées à une vitesse inaccessible aux autres options. Contrairement à un miroir, dans ce cas, la réflexion se produit sans perte d'énergie, même en cas de réflexions multiples.

Les fibres optiques ont une structure simple :

1. Le noyau transmetteur de lumière est en plastique ou en verre. Plus la section transversale est grande, plus le volume d'informations pouvant être transmis est important.
2. La gaine est nécessaire pour réfléchir la lumière dans le noyau afin qu'elle ne se propage qu'à travers le noyau. Il est important qu'au point d'entrée dans le guide de lumière, le faisceau tombe à un angle supérieur à la limite, il sera alors réfléchi sans perte d'énergie.
3. L'isolation protectrice évite d'endommager la fibre et la protège des influences négatives. Grâce à cette pièce, le câble peut également être posé sous terre.

La fibre optique a porté la transmission d'informations à un tout autre niveau.

Comment la loi de la réfraction a été découverte

Il a été découvert par par Willebrord Snellius.un mathématicien néerlandais, en 1621. Après une série d'expériences, il a pu formuler les aspects fondamentaux, qui sont restés pratiquement inchangés jusqu'à ce jour. C'est lui qui, le premier, a constaté la constance du rapport des sinus des angles d'incidence et de réflexion.

La première publication avec le matériel de la découverte a été faite par le scientifique français René Descartes.. Cependant, les experts ne sont pas d'accord ; certains pensent qu'il a utilisé les matériaux de Snellius et d'autres sont convaincus qu'il l'a redécouvert de manière indépendante.

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Définition et formule de l'indice de réfraction

Les rayons incidents et réfractés et la perpendiculaire passant par la jonction des deux milieux sont dans le même plan. Le sinus de l'angle d'incidence par rapport au sinus de l'angle de réfraction est une valeur constante. Il s'agit de la définition, qui peut différer dans sa présentation, mais dont le sens reste toujours le même. L'explication graphique et la formule sont présentées dans l'image ci-dessous.

La formule est universelle et convient à différents supports.

Il convient de noter que les indices de la réfraction n'ont pas d'unités de mesure. À un moment donné, alors qu'ils étudiaient les fondements physiques du phénomène en question, deux scientifiques à la fois - Christian Huygens de Hollande et Pierre Fermat de France, sont arrivés à la même conclusion. Selon lui, le sinus d'incidence et le sinus de réfraction sont égaux au rapport des vitesses dans les milieux traversés par les ondes. Si la lumière traverse un milieu plus rapidement que l'autre, il est optiquement moins dense.

D'ailleurs ! La vitesse de la lumière dans le vide est plus élevé que dans toute autre substance.

La signification physique de la loi de Snellius

Lorsque la lumière passe du vide à toute autre substance, elle interagit inévitablement avec ses molécules. Plus la densité optique du milieu est élevée, plus la lumière interagit avec les atomes et plus sa vitesse de propagation est faible. Plus la densité est élevée, plus l'indice de réfraction est élevé.

La réfraction absolue est désignée par la lettre n, qui donne une idée de la façon dont la vitesse de la lumière change lorsqu'elle passe du vide à un milieu.

Réfraction relative (n₂₁) montre comment la vitesse de la lumière change lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre.

La vidéo explique la loi de la physique de 8e année très simplement avec des graphiques et des animations.

Portée du droit en matière de technologie

Beaucoup de temps s'est écoulé depuis la découverte du phénomène et les recherches pratiques. Les résultats ont permis de développer et de réaliser un grand nombre de dispositifs utilisés dans différents secteurs, il est intéressant de faire le tri des exemples les plus courants :

1. Matériel ophtalmologique. Permet une variété d'examens et la détection de pathologies.
2. Dispositifs pour l'examen de l'estomac et des organes internes. Vous pouvez obtenir une image claire sans introduire de caméra, ce qui rend le processus beaucoup plus facile et rapide.
3. Les télescopes et autres équipements astronomiques, grâce à la réfraction, peuvent produire des images qui ne peuvent être vues à l'œil nu.
   La réfraction de la lumière dans les lentilles des télescopes permet de recueillir la lumière au foyer, ce qui garantit une recherche de haute précision.
4. Les jumelles et autres instruments similaires fonctionnent également selon les principes décrits ci-dessus. Ils comprennent également des microscopes.
5. Les équipements photo et vidéo, et plus précisément leurs optiques, utilisent la réfraction de la lumière.
6. Fibres optiques qui transmettent de grandes quantités d'informations sur n'importe quelle distance.

Leçon vidéo : Conclusion sur la loi de la réfraction de la lumière.

La réfraction de la lumière est un phénomène qui est causé par les caractéristiques des différents milieux. Elle peut être observée à l'endroit où elles sont combinées ; l'angle de déviation dépend de la différence entre les substances. Cette caractéristique est largement utilisée dans la science et la technologie modernes.