Mesurer la Réfraction à la Surface de l’Eau

Mesurer la Réfraction à la Surface de l’Eau

Comprend comment Mesurer la Réfraction à la Surface de l’Eau

Julie et son frère Thomas passent leurs vacances près d’un lac. Un après-midi ensoleillé, ils décident de faire une expérience avec un laser pour observer le phénomène de la réfraction de la lumière.

Thomas pointe un laser vers l’eau à un angle précis et Julie observe comment le rayon de lumière change de direction en entrant dans l’eau.

Données:

  • Indice de réfraction de l’air, \( n_{\text{air}} = 1,00 \)
  • Indice de réfraction de l’eau, \( n_{\text{eau}} = 1,33 \)
  • Angle d’incidence de 30° par rapport à la normale à la surface de l’eau.

Question:

1. Utilise la loi de Snell-Descartes pour calculer l’angle de réfraction du rayon lumineux lorsqu’il pénètre dans l’eau.

2. Commente le résultat obtenu et explique ce que cela signifie concernant le comportement de la lumière lorsqu’elle passe de l’air à l’eau.

Correction : Mesurer la Réfraction à la Surface de l’Eau

1. La loi de Snell-Descartes

La loi de Snell-Descartes nous donne la relation suivante entre l’angle d’incidence et l’angle de réfraction :

\[ n_{\text{air}} \cdot \sin(\theta_{\text{air}}) = n_{\text{eau}} \cdot \sin(\theta_{\text{eau}}) \]

Nous savons que \(n_{\text{air}} = 1,00\) et \(n_{\text{eau}} = 1,33\), avec \(\theta_{\text{air}} = 30^\circ\).

Commençons par calculer \(\sin(30^\circ)\), qui est \(0,5\).

En substituant ces valeurs dans la loi de Snell-Descartes, nous avons :

\[ 1,00 \cdot 0,5 = 1,33 \cdot \sin(\theta_{\text{eau}}) \] \[ 0,5 = 1,33 \cdot \sin(\theta_{\text{eau}}) \]

Calcul de \(\sin(\theta_{\text{eau}})\)

Pour trouver \(\sin(\theta_{\text{eau}})\), réarrangeons l’équation :

\[ \sin(\theta_{\text{eau}}) = \frac{0,5}{1,33} \approx 0,3759 \]

Détermination de \(\theta_{\text{eau}}\)

L’étape suivante consiste à calculer l’angle de réfraction \(\theta_{\text{eau}}\) à partir de \(\sin(\theta_{\text{eau}})\).

Nous utilisons la fonction arc sinus pour cela :

\[ \theta_{\text{eau}} = \sin^{-1}(0,3759) \] \[ \theta_{\text{eau}} = 22.08^\circ \]

2. Commentaire

Cette valeur nous indique que lorsque la lumière passe de l’air à l’eau, elle se rapproche de la normale. En effet, l’angle de réfraction de \(22,08^\circ\) est plus petit que l’angle d’incidence de \(30^\circ\).

Cela confirme que la lumière ralentit et se rapproche de la normale dans un milieu plus réfringent, en l’occurrence l’eau, par rapport à l’air.

Ce comportement est un exemple classique de la loi de Snell-Descartes, démontrant la relation entre les indices de réfraction des milieux et les angles d’incidence et de réfraction.

Mesurer la Réfraction à la Surface de l’Eau

D’autres exercices de physique 4 ème:

0 commentaires

Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Calcul de la force nette et de l’accélération

Calcul de la force nette et de l'accélération Comprendre le Calcul de la force nette et de l'accélération tu es un ingénieur aérospatial en formation et tu es en charge de calculer la force nécessaire pour lancer une nouvelle fusée miniature destinée à des expériences...

Le Mouvement Uniformément Accéléré

Le Mouvement Uniformément Accéléré Comprendre Le Mouvement Uniformément Accéléré Léa est une jeune scientifique passionnée par les fusées. Pour son anniversaire, elle reçoit une petite fusée expérimentale qu'elle décide de lancer dans un parc. La fusée est équipée...

Calcul de Puissance et Efficacité

Calcul de Puissance et Efficacité Comprendre le Calcul de Puissance et Efficacité Lors d'une journée d'activités sportives, une éolienne de petite taille est utilisée pour générer de l'électricité pour les besoins locaux. Elle convertit l'énergie mécanique du vent en...

Courant et Puissance dans un Circuit

Courant et Puissance dans un Circuit Comprendre le Courant et Puissance dans un Circuit Dans une salle de classe, un enseignant souhaite démontrer comment les interrupteurs contrôlent le flux d'électricité dans un circuit. Pour cela, il utilise un circuit simple...

Énergie Cinétique d’une Voiture en Mouvement

Énergie Cinétique d'une Voiture en Mouvement Comprendre l'Énergie Cinétique d'une Voiture en Mouvement Une voiture de course participe à un événement scolaire. Pendant une course d'essai, la voiture accélère jusqu'à atteindre une vitesse constante sur une piste...

Vitesse de la Lumière et Temps de Propagation

Vitesse de la Lumière et Temps de Propagation Comprendre la Vitesse de la Lumière et Temps de Propagation La vitesse de la lumière dans le vide est d'environ \(3,00 \times 10^8\) m/s. Lorsque la lumière traverse différents milieux, sa vitesse change en fonction de...

Tension et Courant dans un Circuit Série

Tension et Courant dans un Circuit Série Comprendre la Tension et Courant dans un Circuit Série À la foire scientifique de l'école, les élèves de 4ème ont été mis au défi de comprendre et d'expliquer le fonctionnement des circuits électriques. Pour cela, ils disposent...

Le Voyage à Vélo de Léa

Le Voyage à Vélo de Léa Comprendre Le Voyage à Vélo de Léa Léa fait une balade à vélo sur une piste cyclable rectiligne. Elle parcourt 15 kilomètres en 30 minutes pour arriver chez son ami Marc. Après avoir passé du temps chez Marc, elle reprend le chemin du retour,...

Calcul de la Vitesse d’un Cycliste

Calcul de la Vitesse d'un Cycliste Comprendre le Calcul de la Vitesse d'un Cycliste Paul, un élève de 4ème, fait du vélo sur un parcours plat pour se rendre à l'école. Il parcourt une distance totale de 5 kilomètres. Données : Distance parcourue par Paul : 5 km. Temps...

Étude d’une Lentille Convergente

Étude d'une Lentille Convergente Comprendre l'Étude d'une Lentille Convergente Une lentille convergente a une distance focale de 15 cm. On place un objet de 5 cm de haut à 30 cm de la lentille. 1. Trouver la position de l'image formée par la lentille. 2. Déterminer la...