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La réflexion spéculaire implique des rayons lumineux réfléchis par une surface plane, comme le montre le schéma. Le schéma montre trois points - D, E et F - que les trois rayons lumineux A, B et C pourraient éventuellement rencontrer après avoir été réfléchis. Lequel des points le rayon lumineux A rencontre-t-il ?
Cette question nous montre un schéma contenant trois rayons lumineux. Et dans cette première partie de la question, on nous demande de considérer le rayon marqué A. Notre tâche est de déterminer par lequel de ces trois points, D, E et F, le rayon lumineux A passera après avoir été réfléchi par la surface. La question nous dit que nous avons une réflexion spéculaire, ce qui signifie que les rayons lumineux sont réfléchis par une surface plane. Effectivement, en regardant le schéma, nous voyons que la surface est plane.
Pour répondre à cette question, nous devons nous rappeler ce qui se passe lorsqu’un rayon de lumière est réfléchi. Supposons que nous ayons une surface plane comme celle-ci. En tout point de cette surface, nous pouvons tracer une ligne pointillée qui lui est perpendiculaire. C’est-à-dire qui fait un angle de 90 degrés. Cette ligne en pointillés est appelée normale à la surface. Maintenant, supposons que nous ayons un rayon de lumière entrant comme ceci. Nous pouvons définir l’angle d’incidence de ce rayon lumineux comme l’angle entre le rayon et la normale à la surface. Nous appellerons cet angle d’incidence 𝜃 𝑖. Lorsque le rayon lumineux est réfléchi par la surface, ce rayon réfléchi forme un angle avec la normale appelée angle de réflexion. Nous appellerons cet angle de réflexion comme 𝜃 𝑟.
La loi de réflexion nous dit que chaque fois qu’un rayon lumineux est réfléchi de cette manière, l’angle d’incidence doit être égal à l’angle de réflexion. Pour un angle d’incidence 𝜃 𝑖 et un angle de réflexion 𝜃 𝑟, la loi de réflexion dit que 𝜃 𝑖 est égal à 𝜃 𝑟. Nous pouvons utiliser cette information pour déterminer ce qui arrive au rayon de lumière A dans la question. Nous allons commencer par prolonger le rayon lumineux A jusqu’au point où il rencontre la surface. On peut rappeler qu’en l’absence de quoi que ce soit sur sa trajectoire, un rayon de lumière se déplace en ligne droite. Donc, en prolongeant le rayon de lumière A, nous constatons qu’il rencontre la surface en ce point ici.
Nous voulons déterminer l’angle avec lequel ce rayon est réfléchi. Et pour le trouver, nous pouvons utiliser la loi de réflexion. Mais d’abord, nous allons devoir déterminer l’angle d’incidence. Ajoutons donc la normale à la surface au point où le rayon lumineux A la rencontre. L’angle d’incidence 𝜃 𝑖 est alors l’angle entre le rayon incident et la normale. Dans ce cas, si nous mesurons l’angle d’incidence, nous constatons qu’il est égal à 45 degrés.
La loi de réflexion nous dit alors que l’angle de réflexion sera égal à cet angle d’incidence. Cela signifie que pour trouver la direction dans laquelle le rayon lumineux A est réfléchi, nous devons mesurer ce même angle de 45 degrés du côté opposé à la normale. Une fois que nous avons mesuré l’angle, nous pouvons alors dessiner la trajectoire du rayon réfléchi. Le prolongement de ce rayon réfléchi montre qu’il passe par le point marqué F. Donc, notre réponse à cette première partie de la question est que le rayon de lumière A passe par le point F.
Bon, regardons maintenant la deuxième partie de la question.
Lequel des points le rayon lumineux B rencontre-t-il ?
Cette deuxième partie de la question nous demande de faire la même chose que nous venons de faire pour le rayon de lumière A, mais cette fois pour le rayon de lumière marqué B. Le processus va être exactement le même. Nous allons donc commencer par prolonger le rayon lumineux B jusqu’à ce qu’il rencontre la surface. Nous ajouterons ensuite la normale en ce point. Nous pouvons maintenant mesurer l’angle d’incidence entre le rayon lumineux B et cette normale. Nous constatons que, comme pour le rayon lumineux A, cet angle est de 45 degrés. Ensuite, en faisant appel à la loi de la réflexion, nous savons que l’angle de réflexion sera également égal à 45 degrés.
En mesurant cet angle de réflexion de 45 degrés du côté opposé à la normale et en prolongeant le rayon réfléchi, nous constatons qu’il passe par le point E. Donc, notre réponse à cette deuxième partie de la question est que le rayon lumineux B passe par le point E.
Enfin, regardons la troisième partie de la question.
Lequel des points le rayon lumineux C rencontre-t-il ?
Nous allons donc faire la même chose encore une fois, mais cette fois pour le rayon lumineux C. Nous allons donc prolonger le rayon lumineux C jusqu’à ce qu’il rencontre la surface. Et nous ajouterons la normale en ce point. En mesurant l’angle d’incidence, nous constatons qu’il est à nouveau égal à 45 degrés. Alors dessinons le rayon réfléchi avec le même angle de l’autre côté de la normale. Nous constatons que lorsque nous prolongeons ce rayon réfléchi, il passe par le point D. Cela signifie que notre réponse à cette dernière partie de la question est que le rayon lumineux C passe par le point D.
