ESSENTIEL
Les bases de l’optique géométrique – Réflexion et réfraction
1
©Hachette Livre, H-Prépa Exercices et problèmes, Physique, MPSI-PCSI-PTSI
La photocopie non autorisée est un délit.
Rayons lumineux
• Les constructions de l’optique géométrique sont basées sur le tracé de rayons lumineux, indépendamment les uns des autres. On les construit en utilisant les lois de Snell-Descartes.
•Dans un milieu homogène et isotrope, la lumière se propage en ligne droite ; les rayons lumineux
sont des droites.
• Dans un milieu d’indice variable, le rayon lumineux se courbe et tourne sa concavité vers les zones
d’indice croissant (sens du gradient d’indice).
Lois de Snell-Descartes
• Àl ’interface de deux milieux d’indices optiques différents (dioptre), un rayon lumineux donne en
général naissance à un rayon réfléchi et à un rayon transmis (réfracté), situés dans le plan d’incidence
défini par le rayon incident et la normale locale au dioptre.
• Réflexion
Le rayon réfléchi est symétrique au rayon incident par rapport à la normale à l’interface : i’ 1 = i 1 .
• Réfraction
L’angle de réfraction i 2 est lié à l’angle d’incidence i 1 par : n 1 sin i 1 = n 2 sin i 2 .
Si n 1 < n 2 , le rayon réfracté existe toujours. Il s’approche de la normale.
Si n 1 > n 2 , il y a réflexion totale lorsque l’angle
d’incidence i 1 est plus grand que l’angle de réfraction
limite i L , tel que :
sin i L =
.
Cette propriété est utilisée dans les fibres optiques, les
prismes à réflexion totale…
Si le rayon réfracté existe, il s’écarte de la normale.
• Les lois de Descartes obéissent au principe de retour inverse de la lumière : tout trajet suivi par la
lumière dans un sens peut l’être dans le sens opposé.
n 2
n 1
126
dioptre
u r
u t
u i
n 1
n 1 < n 2
i 1
i 2
i’ 1
n 2
N
Figure réalisée avec n 1 < n 2 .
Conseils et pièges à éviter
• Faire le plus souvent des schémas clairs et relativement précis.
• Attention à la définition du plan d’incidence.
Les bases de l’optique géométrique – Réflexion et réfraction
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©Hachette Livre, H-Prépa Exercices et problèmes, Physique, MPSI-PCSI-PTSI
La photocopie non autorisée est un délit.
Rayons lumineux
• Les constructions de l’optique géométrique sont basées sur le tracé de rayons lumineux, indépendamment les uns des autres. On les construit en utilisant les lois de Snell-Descartes.
•Dans un milieu homogène et isotrope, la lumière se propage en ligne droite ; les rayons lumineux
sont des droites.
• Dans un milieu d’indice variable, le rayon lumineux se courbe et tourne sa concavité vers les zones
d’indice croissant (sens du gradient d’indice).
Lois de Snell-Descartes
• Àl ’interface de deux milieux d’indices optiques différents (dioptre), un rayon lumineux donne en
général naissance à un rayon réfléchi et à un rayon transmis (réfracté), situés dans le plan d’incidence
défini par le rayon incident et la normale locale au dioptre.
• Réflexion
Le rayon réfléchi est symétrique au rayon incident par rapport à la normale à l’interface : i’ 1 = i 1 .
• Réfraction
L’angle de réfraction i 2 est lié à l’angle d’incidence i 1 par : n 1 sin i 1 = n 2 sin i 2 .
Si n 1 < n 2 , le rayon réfracté existe toujours. Il s’approche de la normale.
Si n 1 > n 2 , il y a réflexion totale lorsque l’angle
d’incidence i 1 est plus grand que l’angle de réfraction
limite i L , tel que :
sin i L =
.
Cette propriété est utilisée dans les fibres optiques, les
prismes à réflexion totale…
Si le rayon réfracté existe, il s’écarte de la normale.
• Les lois de Descartes obéissent au principe de retour inverse de la lumière : tout trajet suivi par la
lumière dans un sens peut l’être dans le sens opposé.
n 2
n 1
126
dioptre
u r
u t
u i
n 1
n 1 < n 2
i 1
i 2
i’ 1
n 2
N
Figure réalisée avec n 1 < n 2 .
Conseils et pièges à éviter
• Faire le plus souvent des schémas clairs et relativement précis.
• Attention à la définition du plan d’incidence.