Réfraction de la lumière — Éducation physique, 14–17 ans
Pourquoi la lumière change de direction en entrant dans un autre matériau et comment prévoir cette nouvelle direction.
L’idée
La réfraction est le changement de direction de la lumière lorsqu’elle traverse une limite, par exemple de l’air au verre ou à l’eau. La lumière change de vitesse dans le nouveau matériau, donc son trajet se courbe généralement. Les angles se mesurent par rapport à la normale, une ligne imaginaire perpendiculaire à la surface.
Pourquoi elle est utile
Le modèle du trajet en ligne droite fonctionne lorsque la lumière reste dans un seul matériau, mais il n’explique pas pourquoi une pièce semble changer de place sous l’eau ou pourquoi une lentille concentre la lumière. La réfraction a été étudiée pour prévoir ces changements aux frontières des matériaux. Le problème vient du fait que la lumière ne se déplace pas à la même vitesse dans toutes les substances transparentes.
Un exemple détaillé
Un rayon passe de l’air au verre avec un angle d’incidence de 30°. On prend n_air = 1,0 et n_verre = 1,5, puis on utilise n₁ sin i = n₂ sin r. Ainsi, sin r = 1,0 × sin30° ÷ 1,5 = 1/3, donc r ≈ 19,5°. Le rayon se rapproche de la normale.
Le piège courant
Beaucoup de personnes mesurent l’angle à partir de la surface au lieu de la mesurer à partir de la normale. C’est compréhensible, car la surface est visible et semble être la référence évidente. Pourtant, les équations utilisent la normale : si le rayon fait 30° avec la surface, il fait 60° avec la normale.
Dans la vie courante
Les lunettes utilisent des lentilles soigneusement formées pour réfracter la lumière et former des images nettes sur la rétine. Les appareils photo, microscopes et télescopes utilisent la même idée pour contrôler l’endroit où la lumière converge. Les fibres optiques guident la lumière par des réflexions internes répétées et transportent des informations sur de longues distances.
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