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Vidéo question :: Rappel sur comment la vitesse de la lumière varie selon les matériaux Physique • Deuxième secondaire

Lorsqu’un rayon lumineux passe d’un milieu à un autre milieu de masse volumique inférieure, est-ce que la vitesse du rayon augmente, diminue ou reste la même ?

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Transcription de la vidéo

Lorsqu’un rayon lumineux passe d’un milieu à un autre milieu de masse volumique inférieure, est-ce que la vitesse du rayon augmente, diminue ou reste la même ?

Cette question porte sur la manière dont la masse volumique d’un milieu, ou d’une substance, influe sur la vitesse d’un rayon lumineux dans ce milieu. Il faut donc rappeler que la lumière se déplace à différentes vitesses dans différents milieux. De plus, rappelons que la masse volumique nous indique combien un matériau est « dense ».

Alors, beaucoup de gens connaissent le terme « vitesse de la lumière ». Mais cela fait généralement référence à la vitesse de la lumière dans le vide, comme un récipient sous vide. Par exemple, la lumière se déplace un peu plus lentement dans l’air. La lumière se déplace encore plus lentement dans l’eau et beaucoup plus lentement dans un diamant.

Ayant vu cela, nous pouvons identifier une tendance ici. Dans ces différents milieux que nous venons de mentionner, plus le milieu est dense, plus la lumière se déplace lentement. C’est généralement vrai, plus la masse volumique d’un milieu est grande, plus la vitesse de la lumière dans ce milieu est faible. C’est également vrai que plus la masse volumique d’un milieu est faible, plus la vitesse de la lumière est grande. On peut le comprendre intuitivement si on considère le principe que plus un milieu est dense, plus il est dur à traverser. Par exemple, il est beaucoup plus facile de marcher dans l’air que de marcher dans l’eau. Et nous savons que l’air est beaucoup moins dense que l’eau.

Un principe similaire s’applique aux rayons lumineux car la masse volumique d’un matériau est souvent directement liée à l’indice de réfraction du matériau. Rappelons que l’indice de réfraction, représenté par un 𝑛 minuscule, est une mesure du ralentissement de la lumière lorsqu’elle traverse un certain milieu par rapport au vide. Affichons à l’écran les indices de réfraction des quatre milieux différents que nous avons mentionnés au début de la vidéo.

Les matériaux ayant des masses volumiques élevées ont généralement des indices de réfraction élevés. Plus l’indice de réfraction est élevé, plus la lumière se déplace lentement à travers le matériau. De même, les matériaux ayant des masses volumiques faibles ont généralement des indices de réfraction plus faibles. Et plus l’indice de réfraction est faible, plus la lumière se déplace rapidement à travers le matériau.

Imaginons, par exemple, que nous ayons un rayon lumineux se dirigeant vers un diamant. Le rayon lumineux se déplace initialement dans l’air. Une fois que le rayon lumineux pénètre dans le diamant, dont nous savons que la masse volumique est beaucoup plus élevée que l’air, la vitesse du rayon lumineux diminue. À cause de la forme du diamant, le rayon lumineux va changer de direction et se réfléchir à l’intérieur de celui-ci avant d’en sortir. Et puis, lorsque le rayon lumineux repasse dans l’air, sa vitesse va augmenter car il se déplace dans un milieu beaucoup moins dense d’un point de vue optique.

Alors, dans cette question, on nous demande « Lorsqu’un rayon lumineux passe d’un milieu à un autre milieu de masse volumique inférieure, est-ce que la vitesse du rayon augmente, diminue ou reste la même ? » Et nous savons que la bonne réponse est qu’elle augmente.

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