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Vidéo question :: Identifier la réfraction d’un rayon lumineux Physique • Deuxième secondaire

Lequel des schémas représente correctement la réfraction d’un rayon lumineux en supposant que les milieux traversés par le rayon ont des masses volumiques différentes ? [A] schéma A [B] schéma B [C] schéma C [D] schéma D

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Transcription de la vidéo

Lequel des schémas représente correctement la réfraction d’un rayon lumineux en supposant que les milieux traversés par le rayon ont des masses volumiques différentes ?

Cette question porte sur un rayon lumineux qui pénètre puis sort d’un milieu dont la masse volumique est différente de celle du milieu d’origine. Pour répondre à cette question, il faut identifier le schéma où le rayon lumineux sort de ce bloc gris dans la bonne direction. Le chemin suivi par le rayon lumineux à l’intérieur du bloc n’est pas représenté. Il faut donc que nous le dessinions et que nous utilisions nos connaissances sur la réfraction pour identifier lequel de ces schémas représente un tracé de rayon lumineux correct.

Rappelons que la réfraction correspond au changement de direction des rayons lumineux lorsqu’ils passent d’un milieu à un autre. Cela se produit car la lumière se déplace à des vitesses différentes dans des milieux différents. Sur les quatre schémas, le rayon lumineux change deux fois de milieux et il doit donc être réfracté deux fois. La première réfraction se produit lorsque le rayon pénètre dans le bloc gris. La deuxième réfraction se produit quand il sort du bloc gris. Nous savons donc que le rayon lumineux doit changer deux fois de direction. Cela signifie que nous pouvons immédiatement éliminer le schéma (b).

Comme nous pouvons le voir, en reliant les points où le rayon lumineux entre et sort du bloc, le rayon ne change pas de direction quand il entre dans le nouveau milieu, correspondant au bloc, et quand il sort du bloc. Cela ne peut se produire que si les milieux traversés par le rayon lumineux ont les mêmes masses volumiques. Mais on nous a dit que les milieux ont des masses volumiques différentes. Donc, le schéma (b) ne représente pas correctement le phénomène de réfraction.

Alors, nous savons aussi que lorsque des rayons lumineux sont réfractés, ils s’éloignent ou se rapprochent de la normale à la surface. Rappelons que la normale est simplement la droite perpendiculaire à l’interface entre les deux milieux. Lorsqu’un rayon lumineux pénètre dans un milieu moins dense et qu’il accélère, il se rapproche de la normale. Lorsqu’un rayon lumineux pénètre dans un milieu plus dense et qu’il ralentit, il s’écarte de la normale. Notons que dans les deux cas, le rayon lumineux traverse l’interface entre les deux milieux et qu’il coupe donc la normale à la surface au niveau du point où il pénètre dans le nouveau milieu.

Mais, regardons maintenant cet exemple et notons qu’ici le rayon lumière représenté traverse l’interface entre les deux milieux. Mais il semble être réfléchi par rapport à la normale à la surface au niveau du point où il pénètre dans le nouveau milieu. Le phénomène de réfraction ne se produit pas ainsi. En réalité, lorsqu’un rayon lumineux traverse un milieu et qu’il est réfracté, le rayon réfracté dans le nouveau milieu se trouve du côté opposé au rayon incident initial par rapport à la normale à la surface.

Le rayon réfracté peut seulement se trouver dans cet intervalle de 90 degrés, entre la limite de l’interface et la normale à la surface, mais du côté opposé au rayon incident par rapport à la normale. Un rayon réfracté ne peut pas se trouver ici, du même côté que le rayon incident par rapport à la normale. En ayant dit cela, nous pouvons éliminer le schéma (c).

Pour mieux comprendre pourquoi le schéma (c) n’est pas correct, traçons le chemin suivi par le rayon lumineux à l’intérieur du bloc. Nous pouvons voir qu’au niveau des deux interfaces, le chemin du rayon lumineux ne suit pas les principes dont nous venons de parler. Le rayon semble être étrangement reflété par rapport à la normale à la surface les deux fois. Mais nous savons que cela n’est pas possible, donc le schéma (c) n’est pas correct.

Notons que, de la même manière, nous pouvons également en déduire que le schéma (d) n’est pas correct. Ici, le rayon lumineux semble correct, au niveau de la première interface avec le milieu, au moment où il pénètre dans le bloc. Mais, lorsque le rayon lumineux sort du bloc, il ne peut pas prendre ce chemin, car il doit se trouver de l’autre côté par rapport à la normale à la surface. Le schéma (d) n’est donc pas correct.

Il nous reste donc le schéma (a), alors regardons de plus près ce schéma. Lorsque le rayon lumineux pénètre dans le bloc, il se rapproche de la normale à la surface. Cela nous indique que le rayon passe d’un milieu de masse volumique inférieure, l’espace autour du bloc, vers un milieu de masse volumique plus élevée, le bloc gris. Lorsque le rayon lumineux quitte le bloc, il est réfracté une deuxième fois et il se rapproche de la normale, ce que nous attendions, car ici le rayon repasse dans un milieu de masse volumique inférieure.

Le schéma (a) est donc une représentation parfaitement logique de la réfraction entre ces milieux. Nous savons donc que le schéma (a) représente le chemin correct d’un rayon lumineux se déplaçant à travers des milieux de masses volumiques différentes.

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