Réfraction de la lumière — Physique, 14–17 ans
La lumière change de direction lorsqu’elle entre dans un matériau où sa vitesse est différente. Cela explique les objets qui semblent cassés, les lentilles et de nombreux instruments optiques.
La lumière change de trajectoire
Quand un rayon entre obliquement dans le verre ou l’eau, un côté du front d’onde ralentit avant l’autre. Le rayon tourne alors, comme un chariot dont une roue atteint d’abord un tapis épais. En entrant dans un matériau optiquement plus dense, il se rapproche généralement de la normale.
Pourquoi expliquer la déviation ?
Un modèle où la lumière se déplace toujours en ligne droite n’explique pas pourquoi une pièce semble bouger quand on verse de l’eau dans un bol, ni comment une lentille forme une image. La réfraction donne la raison : la lumière a des vitesses différentes selon les matériaux. On peut ainsi prévoir la déviation plutôt que la mémoriser.
Un rayon qui entre dans le verre
Un rayon passe de l’air au verre en faisant 30° avec la normale. Prends l’indice du verre égal à 1,5 et celui de l’air égal à 1. La loi de Snell donne 1 × sin 30° = 1,5 × sin r ; donc sin r = 0,5 ÷ 1,5 = 0,333. Ainsi, r vaut environ 19,5°, plus près de la normale.
Le piège des angles
Beaucoup de personnes mesurent l’angle à partir de la surface plutôt qu’à partir de la normale. C’est compréhensible, car la surface est visible et facile à repérer, tandis que la normale est une perpendiculaire imaginaire. Dans les calculs, les angles incident et réfracté se mesurent à partir de cette normale.
Les instruments optiques
La réfraction est utilisée dans les lunettes pour rediriger la lumière afin que la rétine reçoive une image nette. Les appareils photo, les microscopes et les jumelles utilisent aussi du verre ou du plastique façonné pour dévier les rayons de manière contrôlée. On choisit le matériau et la forme pour obtenir une image précise.
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