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Laquelle des réponses suivantes décrit le mieux ce qui se passe si un rayon de lumière se déplaçant dans l’eau entre en contact avec la frontière entre l’air et l’eau avec un angle supérieur à l’angle critique d’une interface eau-air? A) La lumière est complètement réfléchie par l’air dans l’eau. B) Une partie de la lumière est transmise par l’eau dans l’air et une partie de la lumière est renvoyée par l’air dans l’eau. C) La lumière est complètement transmise de l’eau à l’air. D) La lumière se propage le long de la limite entre l’air et l’eau.
D’accord, donc dans cette question, on nous dit que nous avons un rayon de lumière qui traverse de l’eau. En d’autres termes, nous avons ce qui suit. Si nous disons que ceci représente l’eau et que ceci représente la surface entre l’eau et l’air, alors voici le rayon de lumière qui traverse l’eau. On nous dit que le rayon lumineux entre en contact avec la frontière entre l’eau et l’air. Et plus précisément, on nous dit que le rayon lumineux entre en contact avec cette frontière selon un angle supérieur à l’angle critique pour une interface eau-air.
Alors, nous allons voir ce que l’angle critique signifie réellement dans une seconde. Mais ce que nous devons réaliser, c’est que l’angle selon lequel un rayon de lumière rencontre une frontière est en fait mesuré de manière conventionnelle par rapport à la normale à cette frontière. Donc, cette ligne en pointillé rose que nous avons dessinée ici est à 90 degrés de la frontière entre l’eau et l’air. Et c’est ce que l’on appelle la droite normale. Ainsi, l’angle avec lequel le rayon de lumière entre en contact avec la frontière est en fait mesuré entre la droite normale et le rayon lumineux.
En plus, on nous dit que cet angle, que nous appellerons 𝜃, est supérieur à l’angle critique. Et cet angle critique nous est donné pour l’interface eau-air parce que c’est l’interface dont nous traitons ici. Ensuite, rappelons d’abord que l’angle critique est défini comme l’angle incident. C’est l’angle selon lequel le rayon lumineux pénètre dans notre frontière, il est mesuré entre la droite normale et le rayon, comme nous l’avons déjà vu, et selon lequel le rayon de lumière réfracté se déplace le long de l’interface.
Donc, si nous dessinons à nouveau notre interface ici et que nous avons de l’eau ici et de l’air là et, cette fois, notre rayon de lumière arrive en fait à l’angle critique - nous l’appellerons 𝜃 indice c. Alors, une partie de cette lumière sera réfléchie dans l’eau. C’est le rayon réfléchi. Et une partie de cette lumière sera réfractée. Mais lorsque notre rayon entrant se déplace vers notre frontière avec l’angle critique, le rayon de lumière réfracté se déplace réellement le long de l’interface entre l’air et l’eau.
C’est l’importance de l’angle critique. Si l’angle d’incidence est inférieur à l’angle critique. Par exemple, si notre rayon entrant arrive avec cet angle 𝜃, qui est inférieur à 𝜃 indice c, alors, encore une fois, une partie de la lumière est réfléchie. Mais une partie est réfractée. Et se déplace dans l’air.
Aussi, si l’angle d’incidence est supérieur à l’angle critique, qui est la situation que nous étudions dans cette question, alors, cette fois, toute la lumière est uniquement réfléchie. Il n’y a pas de rayon réfracté car, comme nous l’avons vu spécifiquement pour l’angle critique, le rayon réfracté se déplace, dans ce cas-là, le long de l’interface. Et par conséquent, avec un angle incident supérieur à l’angle critique, il n’y a pas de rayon réfracté. Et toute la lumière est réfléchie. Ce phénomène est appelé réflexion interne totale car toute la lumière est réfléchie de manière interne. Et rien n’est réfracté. Et donc aucune lumière ne quitte l’eau.
Ensuite, la question nous demande laquelle des réponses suivantes, les options A à D, décrit le mieux ce qui se passe si un rayon de lumière se déplaçant dans l’eau entre en contact avec la frontière entre l’air et l’eau selon un angle supérieur à l’angle critique pour une interface air-eau. Nous cherchons donc une réponse qui nous dit que toute la lumière est réfléchie dans l’eau. Il n’y a pas de rayon réfracté sortant de l’eau et allant dans l’air.
La réponse A dit que la lumière est complètement réfléchie de l’air dans l’eau. En d’autres termes, dès que le rayon de lumière rencontre l’air ou, plus précisément, la frontière entre l’eau et l’air, il est réfléchi dans l’eau. Et c’est exactement ce que nous recherchons. Donc, la réponse A ressemble à la bonne réponse à notre question. Mais passons rapidement par les réponses B à D pour nous assurer qu’elles sont incorrectes.
La réponse B dit qu’une partie de la lumière est transmise de l’eau à l’air. Et de la lumière est réfléchie de l’air dans l’eau. Cette réponse suggère donc que si notre rayon de lumière entrant arrive à la frontière selon un angle supérieur à l’angle critique, une partie de la lumière est réfléchie. Et une partie est transmise dans l’air. Mais cela n’est vrai que si l’angle d’incidence est inférieur à l’angle critique. Donc, la réponse B n’est pas ce que nous recherchons.
La réponse C dit que la lumière est complètement transmise de l’eau à l’air. Maintenant, cette réponse indique que toute la lumière est transmise dans l’air. Et il n’y a pas de rayon réfléchi, ce qui n’est pas du tout le cas. Ici, nous avons une réflexion interne totale en cours. Et par conséquent, la réponse C n’est pas non plus la réponse à notre question.
La réponse D dit que la lumière se propage le long de la frontière entre l’air et l’eau. Donc, cette réponse dit que si le rayon lumineux vient de cette façon, alors une fois qu’il rencontre la frontière, il se déplace le long de la frontière. Mais c’est aussi incorrect. Nous pouvons donc barrer la réponse D, ce qui signifie que si un rayon de lumière se déplaçant dans l’eau entre en contact avec la frontière entre l’air et l’eau selon un angle supérieur à l’angle critique pour une interface eau-air, la lumière est complètement réfléchie de l’air dans l’eau. On appelle cela la réflexion interne totale.
