ds n°4 Réfraction , seconde 2011/2012 

 

corrigé

ex 1 réfraction à travers le plexiglas

Un rayon laser traversant l'air de la gauche vers la droite est envoyé sur un bloc de plexiglas (hémicylindre).

1.      Rappeler les 2 lois de Descartes sur  la réfraction.

2.     Dessiner sur un schéma l’angle d’incidence i1 et l'angle de réfraction i2 lorsque le rayon pénètre dans le cylindre. Donner leur valeur numérique.

3.     Représenter sur le schéma le rayon incident et réfracté ainsi que la perpendiculaire au dioptre ( au cours de la première réfraction).

4.     Rappeler la définition de l'indice de réfraction d'un  milieu transparent.

5.     Sachant que l'indice du plexiglas est n = 1,29 , calculer la vitesse v de la lumière dans ce milieu.

La célérité de la lumière dans le vide est c = 3,00x108 m.s-1.

5. A l'aide de la valeur des angles i2 et i1 et sachant que n(air) = 1,00 , retrouver la valeur de l'indice du plexiglas. On utilisera la loi de Descartes.

6. Observe-t-on un phénomène de réfraction lorsque le rayon sort du cylindre?

7. Quels sont alors les valeurs des angles d'incidence i3 et de réfraction i4. Calculer la valeur de i4 à l'aide de la loi de Descartes. Conclusion.

 

ex 2: retrouver un angle de réfraction à l'aide d'une courbe.

On reprend l'expérience précédente, mais on change de milieu transparent. Son indice de réfraction n est à déterminer.

1. Expliquer qu'elle expérience simple pourrait permettre de calculer n.

2. On relève une série de valeur d'angle d'incidence et de réfraction. Compléter les deux dernières lignes

i1(°)

0

10

20

30

40

50

60

80

90

i2(°)

0

5,6

11

16

21

25

28

32

33

sin i1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin i2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Représenter la courbe donnant i2 en fonction de i1.

on prendra sur l'axe horizontal 1 cm représente 5° et sur l'axe verticale 1 cm 2°

4. D'après la courbe obtenue pouvez vous dire que i2 est proportionnel à i1? Pourquoi?

5. Représentez sur une seconde courbe sin i2 en fonction de sin i1.

echelle pour l'axe vertical et horizontale 1 cm représente 0,05.

6. Déduire de cette courbe l'indice de réfraction du milieu transparent.

 

ex 3 La couleur du ciel (d’après un article de Wikipedia)

A l’aide de l’article suivant, expliquer pourquoi le ciel est bleu et pourquoi le soleil apparait parfois de couleur rouge.

La couleur du ciel  résulte d'un ensemble de phénomènes physiques liés aux rayonnements émis par le soleil et à leur diffusion par l'atmosphère. Une partie du rayonnement électromagnétique émis par le soleil est réfléchie par l'atmosphère terrestre, y compris des rayonnements visibles (lumière). Une autre partie pénètre cette atmosphère et la traverse, plus ou moins directement, jusqu'à atteindre l'œil d'un observateur. L'atmosphère terrestre diffuse les rayonnements provenant du soleil, d'autant plus que leur longueur d'onde est courte ce qui correspond, ou dans le spectre visible, aux couleurs proches du violet. Ce que l’œil perçoit : Lorsque nous dirigeons notre regard vers le soleil ou au voisinage de celui-ci, nous percevons les rayonnements les plus directs : ce sont ceux de grande longueur d'onde GLO (couleur tendant vers le rouge), moins diffusés par l'atmosphère. Lorsque nous dirigeons notre regard ailleurs dans le ciel, nous percevons des rayonnements dont la trajectoire à partir du soleil est très indirecte : ce sont ceux de courte longueur d'onde CLO (couleur tendant vers le violet), très diffusés par l'atmosphère. Effet de l'épaisseur de l'atmosphère : L'effet de la dispersion sur la coloration du soleil est plus marqué près de l'horizon qu'au zénith : la lumière a alors un plus long trajet à travers l'atmosphère et rencontre donc plus de particules. Ainsi, la couleur du ciel est variable entre l'aurore et le crépuscule. Au lever (et au coucher) le soleil, près de l'horizon, semble rouge parce que la lumière bleue a été dispersée au loin et l'on ne voit plus que la lumière provenant directement du soleil. De même, en altitude, où l'air est plus rare, la dispersion est beaucoup moins forte. On reçoit donc plus de lumière directe, et beaucoup moins de lumière indirecte, diffusée par l'atmosphère : le ciel est moins lumineux, plus sombre, ce qui donne un bleu plus "profond".