Vidéo question :: Calcul de l’angle de réfraction d’un rayon lumineux Physique

Transcription de la vidéo

Un rayon de lumière se déplaçant dans l’air est incident à la surface plane d’un bloc en plastique avec un indice de réfraction de 1,5, frappant la surface sous un angle de 45 degrés par rapport à la droite normale. À quel angle par rapport à la droite normale à la surface se déplace le rayon réfracté dans le bloc ? Répondez au degré près.

Il s’agit d’une question sur la réfraction de la lumière lorsqu’elle passe de l’air dans un bloc en plastique. Rappelez-vous que la réfraction est le changement de direction d’un rayon lumineux lorsqu’il passe d’un milieu à un autre. Cela se produit parce que la lumière se déplace à différentes vitesses dans différents milieux.

Nous pouvons le voir dans la vie quotidienne si nous mettons un crayon dans un verre d’eau. Le crayon semble changer de forme; il n’est plus droit. Cependant, le crayon n’a pas été plié. Au lieu de cela, différentes parties du crayon se trouvent maintenant dans différents milieux. Une partie est dans l’eau et une partie est dans l’air. L’eau est un milieu différent de l’air, et la lumière change de vitesse en se déplaçant entre eux. Cela cause le changement de direction de la lumière, raison pour laquelle le crayon semble plié.

Les mêmes concepts s’appliquent exactement lorsque la lumière atteint le bloc de plastique dont on nous parle dans cette question. Nous voyons que la lumière se déplace dans l’air jusqu’à atteindre le bloc en plastique et change de direction.

Nous pouvons parler de ce changement de direction en termes d’angle d’incidence du rayon de lumière initial et d’angle de réfraction du rayon réfracté. Lorsque nous parlons d’angles de lumière réfractée, nous les mesurons à partir de la droite normale jusqu’à la surface où se produit la réfraction. Normale à la surface signifie simplement perpendiculaire à la surface.

Nous pouvons maintenant étiqueter deux angles dans notre diagramme. Le premier est l’angle d’incidence, l’angle sous lequel la lumière incidente frappe la surface du bloc en plastique. Et l’autre est l’angle de réfraction, l’angle que la lumière parcourt après avoir été réfractée.

On nous dit que l’angle d’incidence est de 45 degrés. On nous donne aussi l’indice de réfraction du bloc en plastique. Rappelez-vous que l’indice de réfraction est une propriété d’un matériau qui mesure la vitesse à laquelle la lumière la traverse. Il n’a pas d’unités, et plus sa valeur est grande, plus la lumière traversera lentement le milieu. Plus sa valeur est petite, plus la lumière traversera rapidement le milieu. Dans l’air, nous pouvons rapprocher l’indice de réfraction de un.

La relation entre les angles et les indices de réfraction est donnée par la loi de Snell. 𝑛 indice 𝑖 fois sinus 𝜃 indice 𝑖 est égal à 𝑛 indice 𝑟 fois sinus 𝜃 indice 𝑟, avec 𝑛 indice 𝑖 l’indice de réfraction du matériau initial du rayon lumineux. 𝑛 indice 𝑟 est l’indice de réfraction du matériau final du rayon lumineux. 𝜃 indice 𝑖 est l’angle d’incidence. Et 𝜃 indice 𝑟 est l’angle de réfraction. La question nous demande de trouver 𝜃 indice 𝑟, l’angle de réfraction, nous devons donc réorganiser cette équation en fonction de 𝜃 indice 𝑟.

Tout d’abord, divisons les deux côtés par 𝑛 indice 𝑟, en supprimant ce facteur à droite. Ensuite, prenons le sinus inverse des deux côtés afin d’isoler 𝜃 indice 𝑟. Cela peut également s’écrire comme 𝜃 indice 𝑟 est égal au sinus inverse de 𝑛 indice 𝑖 fois sinus 𝜃 indice 𝑖 divisé par 𝑛 indice 𝑟.

En utilisant nos valeurs, nous avons 𝑛 indice 𝑖 est égal à un pour l’air, 𝑛 indice 𝑟 est égal à 1,5 pour le bloc de plastique, et 𝜃 indice 𝑖 est égal à 45 degrés. Lorsque nous calculons 𝜃 indice 𝑟, nous obtenons un angle de 28,125 et cetera. La question demande que l’angle de réfraction soit donné au degré près, donc notre réponse finale est 𝜃 indice 𝑟 égal à 28 degrés.

L’angle de réfraction du rayon de lumière est de 28 degrés.