Transcription de la vidéo
Un rayon lumineux se déplace le long d’une fibre optique par réflexion interne totale, comme le montre la figure. La lumière est réfléchie à partir de la surface interne de la fibre sous un angle très légèrement supérieur à l’angle critique. Quelle est la meillure description de ce qui se passe au point P si la lumière est envoyée dans la fibre lorsque celle-ci est pliée ? (A) La lumière est totalement réfléchie vers l’intéreur en P car l’angle d’incidence y est supérieur à l’angle critique. (B) La lumière est totalement réfléchie vers l’intéreur en P car l’angle d’incidence y est inférieur à l’angle critique. (C) Une partie de la lumière est transmise hors de la fibre en P car l’angle d’incidence y est supérieur à l’angle critique. (D) Une partie de la lumière est transmise hors de la fibre en P parce que l’angle d’incidence est inférieur à l’angle critique. (E) Une partie de la lumière est réfractée le long de la surface de la fibre en P car l’angle d’incidence y est égal à l’angle critique.
Commençons par faire de la place à l’écran et rafraîchissons notre mémoire sur l’angle critique, la réflexion interne totale et le déplacement de la lumière le long d’une fibre optique.
En règle générale, lorsque la lumière est incidente sur une limite du milieu - c’est-à-dire la surface séparant deux milieux de différentes densités optiques - une partie de la lumière est réfléchie à la limite et une partie de la lumière est transmise, ou traverse le limite et est réfractée. Pour nous aider à visualiser cela, imaginons que l’on marche dans la rue et que l’on passe devant une fenêtre à travers laquelle on peut voir l’intérieur du bâtiment, mais sur laquelle on peut également voir notre propre reflet. Mais dans le cas d’un rayon lumineux qui traverse un matériau de plus haute densité et atteint la surface d’un matériau moins dense, le rayon lumineux sera entièrement réfléchi si son angle d’incidence est supérieur à l’angle critique. C’est la réflexion interne totale.
Les câbles à fibre optique sont une application très utile de la réflexion interne totale. Dans un tel câble, la lumière traverse un cœur de fibre central entouré d’une gaine faite d’un matériau avec un indice de réfraction inférieur à celui du cœur. Lorsque la lumière traverse la fibre, elle est réfléchie à plusieurs reprises par la limite de la gaine pour rester dans le cœur. Puis finalement, la lumière émerge de l’autre extrémité du câble. Ainsi, dans le schéma qui nous a été donné, cette partie montre comment la lumière est censée se comporter dans un câble à fibre optique, restant à l’intérieur du cœur lors de sa propagation.
Chaque fois que le rayon est incident sur la limite de la gaine, il subit une réflexion interne totale. Mais on souhaite savoir ce qui se passe ici au point P, où le câble est plié. Cette ligne en pointillés représente la ligne normale ou perpendiculaire à la surface au point où la lumière est incidente. Traçons une vue agrandie pour mieux voir ce qui se passe. N’oublions pas que l’angle d’incidence d’un rayon lumineux est toujours mesuré par rapport à la normale à la surface. Donc, en regardant l’angle que ce rayon de lumière fait avec la normale, on peut voir qu’il est très petit - beaucoup plus petit que les angles que l’on observe ici où la lumière est totalement réfléchie vers l’intérieur.
Comme on dit que cet angle est à peine supérieur à l’angle critique, on sait que ce petit angle au point P est certainement inférieur à l’angle critique. Ainsi, on peut éliminer les propositions de réponse (A) et (C) car elles suggèrent qu’il est supérieur à l’angle critique. Et on peut également éliminer (E) car elle suggère que les angles sont égaux. On peut également dire que la proposition (B) est incorrecte car la réflexion interne totale ne se produit que lorsque l’angle d’incidence est supérieur à l’angle critique, et non inférieur à l’angle critique.
Cela nous laisse avec la proposition (D), qui est la bonne réponse. Une partie de la lumière est transmise par la fibre en P car l’angle d’incidence y est inférieur à l’angle critique.
