Observation de l'indice de réfraction


 

La réfraction est un phénomène de déviation d’une onde lorsque sa vitesse change entre deux milieux. Par exemple, lorsqu’une paille est déposée dans un verre d’eau, qu’est-ce qui fait que ce qu’on voit dans l’eau est différent de ce qu’on voit dans l’air? C’est ce que vous allez comprendre grâce à l’expérience suivante.

 

Matériel nécessaire

 

un aquarium rectangulaire rempli d’eau (la hauteur du niveau d’eau devrait être 20 cm ou plus).
un petit objet (ex. pièce de monnaie).

du papier et un crayon.
un bâton (ou longue règle) (environ 30 cm).
un peu de lait.
un pointeur laser.
un grand carton blanc .

 

Réalisation de l'expérience

 

Placez la pièce de monnaie à une extrémité de l’aquarium.

 

Mettez le bâton dans l’aquarium et observez-le sous plusieurs angles. Voyez-vous une déformation apparente du bâton au point où le bâton pénètre dans l’eau?

Enlevez le bâton et mettez la pièce de monnaie (A) dans le fond de l’aquarium.
Placez une feuille à côté de l’aquarium.
Regardez l’aquarium du haut et marquez à quel endroit vous voyez la pièce de monnaie (position apparente A’).
Comparez cette position avec la position A réelle de la pièce.


 

Pourquoi? C’est parce que la lumière voyage différemment dans l’eau et dans l’air. On appelle ce phénomène «réfraction». Il existe des équations mathématiques qui expliquent bien ce phénomène qu’on appelle la réfraction.


La lumière se propage à des vitesses différentes dans chaque milieu transparent, comme l’air, le verre et l’eau. Par exemple, la lumière voyage plus vite dans l’air (1 000 000 000 km/h) que dans l’eau (800 000 000 km/h).


En mettant en rapport les vitesses de propagation de deux milieux différents, on peut obtenir des l’information sur la façon dont la lumière sera déviée en passant d’un milieu à l’autre. Ce qui détermine la vitesse de propagation de la lumière, c’est l’indice de réfraction du milieu.

 

vitesse_dans_l'eau = nair = 1
    vitesse_dans_lair      neau 1,33


nair est l’indice de réfraction de l’air
neau est l’indice de réfraction de l’eau


Dans le cas observé:


Avec:


sin α = neau

sin Β     nair  

 

Avec un rapporteur d’angle, il est possible de mesurer les angles et de vérifier le rapport de neau sur nair.


Une fois la réfraction observée, il est possible, à partir du même montage, d’observer la réflexion totale interne.

 

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