Aventure lumineuse à travers différents milieux

Aventure lumineuse à travers différents milieux

Comprendre l’aventure lumineuse à travers différents milieux

Alice et Bob jouent avec une lampe de poche dans le jardin de leur grand-mère. Ils remarquent comment la lumière se comporte différemment lorsqu’elle passe à travers divers objets et matériaux.

Ils décident de mener une petite expérience pour observer la réflexion et la réfraction de la lumière.

Partie A : Réflexion

Alice pointe la lampe de poche vers un miroir sous un angle de 30 degrés par rapport à la surface du miroir.

  1. Quel est l’angle de réflexion de la lumière sur le miroir? Utilise la loi de la réflexion qui dit que l’angle d’incidence est égal à l’angle de réflexion.

Partie B : Réfraction

Ensuite, Bob place un grand récipient rempli d’eau sur la table et dirige la lumière de la lampe de poche à travers l’eau.

Lorsque la lumière entre dans l’eau, elle change de direction.

1. Observation : Décris ce que Bob observe lorsque la lumière passe de l’air à l’eau. Pourquoi la lumière change-t-elle de direction?

Explication simplifiée : La lumière voyage à des vitesses différentes dans différents milieux. Dans l’eau, la lumière voyage plus lentement qu’en l’air, ce qui cause la réfraction.

2. Question de calcul : Si l’angle d’incidence de la lumière dans l’air est de 45 degrés, utilise la loi de Snell-Descartes pour calculer l’angle de réfraction dans l’eau. Utilise l’indice de réfraction de l’air (environ 1) et de l’eau (environ 1,33).

Correction : aventure lumineuse à travers différents milieux

Partie A : Réflexion

1. Quel est l’angle de réflexion de la lumière sur le miroir?

La loi de la réflexion nous dit que l’angle d’incidence est égal à l’angle de réflexion. Donc, si Alice pointe la lampe de poche vers le miroir sous un angle de 30 degrés par rapport à la surface du miroir, l’angle d’incidence est de 30 degrés.

L’angle de réflexion est également de 30 degrés par rapport à la normale (la ligne perpendiculaire à la surface du miroir).

Partie B : Réfraction

1. Observation

Bob observe que, lorsque la lumière passe de l’air à l’eau, elle change de direction. Ce phénomène se produit parce que la lumière se déplace à des vitesses différentes dans l’air et dans l’eau.

En entrant dans l’eau, où elle se déplace plus lentement qu’en l’air, la lumière est réfractée, c’est-à-dire qu’elle change de direction.

2. Question de calcul : Calcul de l’angle de réfraction

Etape 1: Comprendre la loi de Snell-Descartes:

La loi de Snell-Descartes relie les indices de réfraction de deux milieux à l’angle d’incidence et à l’angle de réfraction. La formule est

\[ n_1 \sin(\theta_1) = n_2 \sin(\theta_2) \]

où \(n_1\) et \(n_2\) sont les indices de réfraction des milieux 1 et 2, et \(\theta_1\) et \(\theta_2\) sont les angles d’incidence et de réfraction, respectivement.

Etape 2: Identifier les données:

  • Indice de réfraction de l’air (\(n_1\)) = 1
  • Indice de réfraction de l’eau (\(n_2\)) = 1.33
  • Angle d’incidence (\(\theta_1\)) = 45 degrés

Etape 3: Calculer le sinus de l’angle d’incidence

\[ \sin(\theta_1) = \sin(45^{\circ}) = \frac{\sqrt{2}}{2} \approx 0.707 \]

Étape 4 : Appliquer la formule et isoler \(\theta_2\)

\[ 1 \times 0.707 = 1.33 \times \sin(\theta_2) \]

Étape 5 : Résoudre pour \(\theta_2\)

\[ \sin(\theta_2) = \frac{0.707}{1.33} \] \[ \sin(\theta_2) \approx 0.532 \]
\[ \theta_2 = \sin^{-1}(0.532) \] \[ \theta_2 \approx 32.12^{\circ} \]

L’angle de réfraction lorsque la lumière passe de l’air à l’eau avec un angle d’incidence de 45 degrés est d’environ 32.12 degrés.

Aventure lumineuse à travers différents milieux

D’autres exercices de physique 6 ème:

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