Video Transcript
La figure montre les fronts d’onde d’une onde lumineuse se déplaçant dans l’air et qui arrive sur la surface d’un bloc de verre. Laquelle des autres figures montre correctement la position et la taille des fronts d’onde lorsque l’onde se déplace dans le bloc de verre ? Nos options de réponse sont les figures (A), (B), (C), (D) et (E).
Il s’agit d’une question sur la réfraction de la lumière lorsqu’elle se déplace d’un milieu à un autre. Rappelez-vous que la réfraction est le changement de direction de la lumière. La lumière se déplace à différentes vitesses à travers des milieux de masses volumiques différentes et change de direction à la frontière entre des milieux de masses volumiques différentes. Plus précisément, la lumière se déplace plus lentement à travers un milieu ayant une masse volumique.
En regardant les figures dans la question, nous pouvons voir la lumière entrer dans un bloc de verre par l’air. Dans cette figure, la lumière incidente sur le bloc de verre est dessinée comme une série de fronts d’onde. Un front d’onde représente un pic dans une onde transversale, comme si nous regardions l’onde d’en haut. L’onde elle-même se déplace dans une direction perpendiculaire aux fronts d’onde.
Nous savons que la masse volumique de l’air est inférieure à la masse volumique du bloc de verre. Nous en déduisons donc que la vitesse de la lumière dans le bloc de verre sera inférieure à celle dans l’air. Chaque front d’onde de cette première figure est à la même distance par rapport aux autres. Cette distance est la longueur d’onde de la lumière. Nous pouvons zoomer sur cette lumière et montrer la longueur d’onde. Lorsque l’onde passe dans un autre milieu, sa fréquence restera la même. C’est parce que la fréquence détermine l’énergie de la lumière. Et le simple fait de passer à un milieu différent ne changera pas l’énergie de cette onde.
Cependant, nous avons vu que la vitesse de l’onde change lorsqu’elle passe dans le nouveau milieu. À ce stade, nous pouvons rappeler l’équation qui relie la vitesse d’une onde, sa fréquence et sa longueur d’onde. 𝑣 est la vitesse de l’onde, 𝑓 est la fréquence et 𝜆 est la longueur d’onde. Disons que dans l’air, la vitesse de l’onde est 𝑣 indice air, la longueur d’onde est 𝜆 indice air, et la fréquence est 𝑓 indice air.
Lorsque l’onde lumineuse passe dans le verre, nous savons que la vitesse diminue, donc 𝑣 indice verre est inférieur à 𝑣 indice air. La fréquence est toujours la même. 𝑓 indice verre est égal à 𝑓 indice air. Et donc pour que cette équation soit valide, la longueur d’onde doit également diminuer. 𝜆 indice verre est inférieure à 𝜆 indice air. En d’autres termes, lorsque l’onde de lumière passe de l’air au verre, sa longueur d’onde devrait diminuer. Et donc les fronts se rapprocheront. Cela élimine immédiatement l’option de réponse (D), car ici la longueur d’onde ne diminue pas.
Nous avons également mentionné précédemment que lorsque la lumière passe dans un milieu ayant une masse volumique différente, elle change de direction. Cela nous permet d’éliminer l’option de réponse (B). Dans cette option de réponse, l’onde ne change pas de direction.
Dans les options de réponse (C) et (E), l’onde semble s’élargir d’une certaine manière. Cela ne se produirait pas lorsqu’une onde passe dans un milieu ayant une masse volumique différente. La seule chose qui devrait arriver est que les fronts changent de direction. Par conséquent, nous pouvons éliminer les options de réponse (C) et (E).
Et enfin, nous voyons que l’option de réponse (A) nous montre le comportement attendu. Lorsque l’onde passe dans un milieu plus dense, la direction dans laquelle elle se déplace change et la longueur d’onde diminue. La bonne réponse est donc l’option (A).
