I. Réflexion de la lumière
Définition : changement de direction et de sens de propagation quand la lumière rencontre une surface réfléchissante, en restant dans le milieu initial (ex. miroir).
Lois de Descartes (réflexion) :
- Loi du plan : rayon incident et rayon réfléchi appartiennent au même plan (plan d'incidence) ;
- Loi des angles : i = r (angles mesurés par rapport à la normale).
II. Réfraction de la lumière
Définition : changement de direction (sans changement de sens) quand la lumière traverse la surface de séparation (dioptre) de deux milieux transparents distincts (air→verre, air→eau…).
Lois de Descartes-Snell (réfraction) :
- Le rayon réfracté et le rayon incident sont dans le plan d'incidence ;
- n₁·sin i₁ = n₂·sin i₂ (n₁, n₂ : indices des milieux 1 et 2).
Milieu plus réfringent : celui d'indice le plus grand. Si n₁ < n₂ (ex. air→eau) → le rayon se
rapproche de la normale (i₂ < i₁).
III. Angle limite et réflexion totale
Angle limite de réfraction : quand i₁ = 90°, l'angle de réfraction atteint son maximum :
sin L = n₁/n₂ (avec n₁ < n₂ — passage vers le milieu plus réfringent).
Réflexion totale : passage d'un milieu plus réfringent vers un milieu moins réfringent (n₁ > n₂) :
• si i₁ < L → rayon réfracté (i₂ > i₁, écarté de la normale) + rayon réfléchi ;
• si i₁ = L → rayon réfracté à 90° (rasse la surface) ;
• si i₁ > L → réflexion totale : tout le rayon est réfléchi, rien ne traverse ;
avec sin L = n₂/n₁.
Application : fibre optique, mirages.
IV. Méthode — tracé de rayon
Exemple-type : rayon air (n₁ = 1) → eau (n₂ = 1,33) avec i₁ = 60° :
1. Réfraction : sin i₂ = (n₁/n₂)·sin 60° = 0,866/1,33 → i₂ ≈ 40° ;
2. Sur un miroir au fond : réflexion i₃ = i₂ = 40° ;
3. Sortie eau→air : sin i = (n₂/n₁)·sin 40° → i ≈ 59° (retour quasi symétrique du rayon incident).
⚠️ Pièges fréquents :
- Les angles se mesurent toujours par rapport à la normale, pas à la surface (si l'énoncé donne 30° à la surface → i = 90° − 30° = 60°) ;
- Réflexion : changement de direction et de sens (retour dans le même milieu) ; réfraction : direction seule ;
- Vérifier d'abord quel milieu est plus réfringent pour savoir si le rayon se rapproche ou s'écarte de la normale ;
- La réflexion totale n'existe que si n₁ > n₂ ;
- Même à incidence normale (i₁ = 0°), i₂ = 0° : pas de déviation mais il y a toujours réfraction.
Créé par Haniel_dev