Réfraction de la lumière: l’illusion au quotidien.

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Tout le monde a déjà plongé une paille dans un verre d’eau. Il se produit un phénomène auquel on ne prête même plus attention mais pourtant la paille a l’air de se couper en deux ou de se plier dans l’eau. Ce phénomène a un nom, il s’agit de la réfraction de la lumière.

(Source: photo perso)

Cela se produit lorsque la lumière traverse deux milieux transparent différents. Dans cet exemple la lumière et la paille passent d’un milieu gazeux, l’air, à un milieu liquide, l’eau.
La lumière est alors réfractée au moment de pénétrer dans l’eau et sa trajectoire en est déviée donnant l’impression que celle de la paille l’ai aussi.

Pour bien comprendre se phénomène, imaginez un laser pointé dans l’eau. Son faisceau lumineux subit un changement de trajectoire à la surface de l’eau, une petit partie du signal est réfléchi et une grande partie du signal est réfractée.

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• Un peu de vocabulaire:

Le faisceau lumineux envoyé à la surface de l’eau est appelé rayon incident.

La surface qui sépare deux milieux transparents et qui possèdent des indices de réfraction différents se nomme dioptre.

Le rayon lumineux poursuivant sa course en subissant une transformation de sa trajectoire est le rayon réfracté, tandis que celui qui est renvoyé vers le milieu d’où il vient est le rayon réfléchi.

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• Indice de réfraction:

La vitesse de propagation de la lumière dans un milieu transparent sera toujours inférieure à la vitesse de la lumière dans le vide.

Pour calculer l’indice du milieu, il faut appliquer cette formule:

Indice du milieu= vitesse dans le vide/vitesse dans le milieu transparent.

(Source: photo perso)

La réfringence est la capacité d’un milieu transparent à réfracter la lumière.
On dit donc qu’un milieu est plus réfringent qu’un autre suivant sa capacité de réfraction.

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• La pièce dans l’eau.

Pour réaliser cette expérience, il suffit de prendre un récipient opaque (un bol ou saladier par exemple) et d’y placer une pièce de monnaie au fond.
Ensuite il faut que le regard de l’observateur arrive à la limite de non vision de la pièce, l’œil ne voit plus du tout la pièce.

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L’expérience consiste à démontrer l’indice de réfringence de l’eau par rapport à l’air en remplissant de façon progressive le récipient avec de l’eau.

Nous constatons que la pièces de monnaie apparaît au fur et à mesure que le liquide est versé dans le récipient jusqu’à être visible dans son intégralité.

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• Vrai diamant?

Chaque pierre précieuse a un indice de réfraction diffèrent et c’est une des caractéristiques qui permet de les identifier les unes des autres.

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Les pierres précieuses qui brillent le plus ont généralement un indice de réfraction plus élevé, c’est le cas pour le diamant.

Avec un réfractomètre, les bijoutiers peuvent vérifier l’indice de réfraction de chaque pierre afin de les différencier.

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De nombreuses pierres précieuses possèdent une double réfringence: quand le faisceau lumineux arrive dans une pierre précieuse, le rayon se dédouble. Le diamant est une des rares pierres précieuses à ne pas avoir de double réfringence. Les bijoutiers utilisent un polariscope pour vérifier le caractère uniréfringent ou biréfringent.

Si vous n’avez pas de polariscope, il y a un moyen bien plus simple qui permet de savoir si vous êtes en possession d’un vrai diamant ou si malheureusement il s’agit d’une imitation comme le zircon.

En dessinant un point au feutre noir sur une feuille blanche et en y plaçant la pierre précieuse dessus, il se produit le phénomène de réfringence qui ne se traduira pas de la même façon sur un diamant et sur une autre pierre.

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• Le soleil nous joue des tours

Maintenant que nous avons appris que la propagation de la lumière n’est pas linéaire lorsqu’elle traverse deux milieux transparent différents (dioptre), levez la tête vers le ciel et regardez le soleil.

A votre avis, le soleil est il placé dans l’univers là où on le perçoit de la terre?

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Si vous avez bien suivi jusqu’à maintenant, vous comprendrez que ce n’est pas le cas puisque la surface de l’atmosphère joue le rôle de dioptre entre le vide de l’espace est l’air terrestre.

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Lorsque vous regardez un couché de soleil, en réalité le soleil n’est déjà plus dans la ligne d’horizon et si ses rayons n’étaient pas déviés, il ne serait plus visible.

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• Mirage mon beau mirage

Encore un effet de la réfraction de la lumière, mais vous allez me dire que les mirage ne peut pas être l’effet de cette théorie puisque les mirages se produisent dans le désert alors que la lumière reste dans un milieu unique.

C’est vrai, mais voici une dernière propriété de la réfraction: l’indice de réfraction d’un milieu dépend également de sa température.
Plus la température augmente et plus son indice de réfraction augmente avec elle.

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Donc dans le désert, la température proche du sable sera bien plus importante que dans l’air ambiant. Les rayons du soleil vont dévier de leur trajectoire en se rapprochant du sol et une impression de grande étendue d’eau va faire son apparition au loin.

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Il existe de nombreux exemples de la réfraction de la lumière dans le monde qui nous entoure, et avec l’été qui approche, vous ne boirez plus jamais à la paille de la même façon!!!

Source:

https://www.superprof.fr/ressources/physique-chimie/seconde/optique/loi-de-la-refraction.html#indice-du-milieu

https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Mirage

https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Réfraction