P3 - Propagation d'une onde lumineuse || Cours détaillé - 2BAC - BIOF

Introduction

Introduction

Dans cet article, nous allons finaliser notre cours sur la propagation d'une onde lumineuse, en nous concentrant spécifiquement sur le prisme. Nous examinerons la définition du prisme, comment la lumière blanche se décompose lorsqu'elle traverse un prisme, ainsi que le phénomène de dispersion qui se produit dans ce contexte.

Qu'est-ce qu'un prisme ?

Un prisme est un milieu transparent et homogène. On peut considérer un prisme fabriqué à partir de verre ou de plexiglas, qui sont des matériaux transparents. La transparence d'un matériau signifie qu'il ne diffuse pas la lumière, permettant ainsi une vision claire à travers lui.

Un milieu est dit homogène quand chaque point présente les mêmes caractéristiques sans variation dans sa composition. En ce qui concerne un prisme, cela implique que chaque point a exactement les mêmes propriétés.

Le prisme est défini par deux surfaces planes non parallèles et forme un angle α entre elles, appelé l'angle du prisme. Les bords de ces surfaces s'intersectent le long d'une ligne appelée l'arête du prisme.

Diagramme du prisme

Le prisme a trois faces rectangulaires, et nous pouvons le représenter de manière simplifiée par une forme triangulaire.

Refraction de la lumière

Pour étudier comment un faisceau lumineux monochromatique traverse un prisme, nous enverrons un faisceau incident sur le premier face du prisme. Ce faisceau arrive à la surface de séparation de l'air (indice de réfraction n_a = 1) et entre dans un milieu plus réfringent (indice n_prisme = 1.5).

Première réfraction

En rencontrant la première face du prisme, la lumière change de direction. Nous calculons l'angle de réfraction r à l'aide de la loi de Snell :

[ n_a \cdot \sin(i) = n_prisme \cdot \sin(r) ]

Deuxième réfraction

Après avoir traversé le prisme, la lumière atteint la deuxième face et subit une seconde réfraction en repassant de ce milieu réfringent à l'air.

Angle de déviation

L'angle de déviation d est l'angle entre la direction initiale du rayon avant d'entrer dans le prisme et sa direction finale après sa sortie.

Formules de déviation

Nous avons plusieurs lois concernant la déviation dans un prisme, notamment :

1. Première loi de déviation : [ n_a \cdot \sin(i) = n_prisme \cdot \sin(r) ]

2. Deuxième loi de déviation : [ n_prisme \cdot \sin(r') = n_a \cdot \sin(i’) ]

3. Troisième loi de déviation : [ a = r + r' ]

4. Quatrième loi de déviation : [ d = i + i' - a ]

Cas particuliers

• Si l'angle d'incidence i est égal à l'angle de réfraction i', alors r = r'.
• Si l'incidence est normale (i = 0), il n'y a pas de déviation.

Dispersion de la lumière par un prisme

La dispersion est le phénomène par lequel la lumière blanche se décompose en plusieurs couleurs. En effectuant une expérience avec une source de lumière blanche, nous observons que la lumière se divise en un spectre de couleurs allant du rouge au violet. Le rouge est le moins dévié, tandis que le violet est le plus dévié.

Le prisme agit comme un milieu dispersif, permettant ainsi la séparation des différentes couleurs. Chaque couleur, correspondant à une longueur d'onde différente, est réfractée sous un angle différent à travers le prisme.

Conclusion

L'angle de déviation d est plus grand pour les couleurs à longueur d'onde courte et plus faible pour celles à longueur d'onde longue.

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Keywords

• Prisme
• Réfraction
• Déviation
• Dispersion
• Lumière blanche
• Angles de réfraction
• Milieu homogène
• Indice de réfraction

FAQ

1. Qu'est-ce qu'un prisme ?

   • Un prisme est un milieu transparent et homogène, limité par deux surfaces planes non parallèles.

2. Comment la lumière se décompose dans un prisme ?

   • La lumière blanche se décompose en différentes couleurs à cause de la réfraction qui varie selon l'angle et la longueur d'onde de chaque couleur.

3. Quel est le phénomène de dispersion ?

   • La dispersion est la séparation des différentes couleurs d'une lumière blanche lorsqu'elle traverse un prisme.

4. Quels sont les angles de déviation ?

   • Les angles de déviation sont les angles mesurés entre les directions initiale et finale d'un rayon lumineux après avoir traversé un prisme.

5. Comment les couleurs sont-elles affectées par un prisme ?

   • Les couleurs à longueur d'onde plus courte, comme le violet, sont plus déviées que les couleurs à longueur d'onde plus longue, comme le rouge.