ds n°4
Réfraction , seconde 2011/2012
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 |
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sin i2 |
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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".