Éléments de réfraction légers, lois et expérience

La réfraction légère C'est le phénomène optique qui se produit lorsque la lumière affecte obliquement sur la surface de séparation de deux milieux avec un taux de réfraction différent. Lorsque cela se produit, la lumière modifie sa direction et sa vitesse.

La réfraction se produit, par exemple, lorsque la lumière passe de l'air à l'eau, car elle a un indice de réfraction plus faible. C'est un phénomène qui peut être parfaitement vu dans la piscine, observant comment les formes corporelles sous l'eau semblent s'écarter par rapport à la direction qu'ils devraient avoir.

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C'est un phénomène qui affecte différents types de types, bien que le cas de la lumière soit le plus représentatif et celui qui a le plus de présence de nos jours.

L'explication de la réfraction de la lumière a été offerte par le physicien néerlandais Willebord Snell Van Royen, qui a établi une loi pour expliquer qui est devenue connue sous le nom de loi Snell.

Un autre des scientifiques qui a accordé une attention particulière à la réfraction de la lumière était Isaac Newton. Pour l'étudier, créé le célèbre prisme de verre. Dans le prisme, la lumière la pénètre à travers l'un de ses visages, se réfractant et se décomposant dans les différentes couleurs. Ainsi, à travers le phénomène de réfraction de la lumière, il a prouvé que la lumière blanche est composée de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel.

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Éléments de réfraction

Les principaux éléments qui devraient être pris en compte dans l'étude de la réfraction de la lumière sont les suivants: - Le rayon incident, qui est le rayon qui affecte obliquement sur la surface de séparation des deux moyens physiques. -Le rayon de réfraction, qui est le rayon qui traverse le milieu, modifiant sa direction et sa vitesse. -La ligne normale, qui est la ligne imaginaire perpendiculaire à la surface de séparation des deux milieux. -L'angle d'incidence (i), qui est défini comme l'angle qui forment le faisceau incident avec la normale. -L'angle de réfraction (R), qui est défini comme l'angle qui forme la normale avec le rayon réfracté.

-De plus, l'indice de réfraction (n) d'un milieu doit également être pris en compte, qui est le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide et la vitesse de la lumière au milieu.

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N = c / v

À cet égard, il convient de rappeler que la vitesse de la lumière dans le vide prend la valeur de 300.000.000 m / s.

Index de réfraction léger dans différents supports

Les indices de réfraction légers dans certains des milieux les plus courants sont:

Lois de réfraction

La référence est souvent faite à la loi de Snell en tant que loi de réfraction, mais la vérité est qu'il peut être dit que les lois de la réfraction sont deux.

Première loi de la réfraction

Le rayon incident, la réfraction et le rayon normal sont dans le même plan de l'espace. Dans cette loi, également déduite par Snell, une réflexion est également appliquée.

Deuxième loi de la réfraction

La seconde, la loi de la réfraction ou la loi de Snell est déterminée par l'expression suivante:

n₁ péché i = n₂ péché

Être n₁ l'indice de réfraction de l'environnement à partir de laquelle la lumière vient; et l'angle d'incidence; n₂ l'indice de réfraction du milieu dans lequel la lumière est réfractée; r l'angle de réfraction.

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Principe de Fermat

D'après le principe du temps ou du principe minimum de Fermat, les lois de la réflexion et les lois de la réfraction peuvent être déduites, que nous venons de voir.

Ce principe indique que la véritable trajectoire qui suit un rayon de lumière qui se déplace entre deux points de l'espace est celle qui nécessite le plus court terme pour voyager.

Conséquences de la loi de Snell

Certaines des conséquences directes déduites de l'expression précédente sont:

a) Oui n₂ > n₁ ; péché < sen i o sea r < i

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Ainsi, lorsqu'une lumière de la foudre passe d'un milieu avec un indice de réfraction inférieur à un autre avec un indice de réfraction plus élevé, le rayon de réfraction s'approche de la normale.

b) Oui n2 < n₁ ; sin r> sen i ou r> i

Ainsi, lorsqu'un éclair passe d'un milieu avec un indice de réfraction plus élevé à un autre avec un indice mineur, le rayon réfractaire s'éloigne de la normale.

c) Si l'angle d'incidence est vide, alors l'angle du faisceau de réfraction est également.

Limite et réflexion interne totale

Une autre des conséquences importantes de la loi de Snell est ce que l'on appelle un angle limite. C'est ce qu'on appelle l'angle d'incidence qui correspond à un angle de réfraction à 90 °.

Lorsque cela se produit, le rayon réfracté se déplace à la chasse d'eau avec la surface de séparation des deux milieux. Cet angle est également appelé angle critique.

Pour les angles au-dessus de l'angle limite, le phénomène appelé réflexion interne totale est produit. Lorsque cela se produit, il n'y a pas de réfraction, car tout le faisceau de lumière est réfléchi en interne. La réflexion interne totale n'a lieu que lorsqu'il passe d'un milieu avec un indice de réfraction supérieur à un milieu avec un indice de réfraction plus faible.

Une application de la réflexion interne totale est la conduction de la lumière par la fibre optique sans avoir lieu d'énergie. Grâce à elle, nous pouvons profiter des vitesses de transfert de données élevées offertes par les réseaux à fibre optique.

Expériences

Une expérience très basique pour pouvoir observer le phénomène de réfraction consiste à introduire un crayon ou un stylo dans un verre plein d'eau. En raison de la réfraction de la lumière, la partie du crayon ou du stylo submergé semble légèrement cassé ou dévié par rapport à la trajectoire qui devrait avoir.

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Vous pouvez également essayer de faire une expérience similaire avec un pointeur laser. Bien sûr, il est nécessaire de verser quelques gouttes de lait dans le verre d'eau pour améliorer la visibilité de la lumière laser. Dans ce cas, il est recommandé que l'expérience soit réalisée dans des conditions de faible luminosité pour mieux apprécier la trajectoire du faisceau de lumière.

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Dans les deux cas, il est intéressant d'essayer différents angles d'incidence et d'observer comment l'angle de réfraction varie selon ces.

Causes 

Les causes de cet effet optique doivent être recherchées dans la réfraction de la lumière qui fait apparaître l'image du crayon (ou du faisceau lumineux laser) dévié par rapport à l'image que nous voyons dans l'air.

La réfraction de la lumière sur une base de jour à jour

La réfraction de la lumière peut être vue dans de nombreuses situations de notre quotidien. Certains les ont déjà nommés, d'autres sont informés ci-dessous.

Une conséquence de la réfraction est que les piscines semblent être moins profondes qu'elles ne le sont réellement.

Un autre effet de la réfraction est l'arc-en-ciel qui se produit parce que la lumière est réfractée lors de la traversée des gouttes d'eau présente dans l'atmosphère. C'est le même phénomène qui se déroule lorsqu'un faisceau de lumière traverse un prisme.

Une autre conséquence de la réfraction de la lumière est que nous observons le coucher du soleil du soleil lorsque plusieurs minutes se sont écoulées car cela s'est vraiment produit.

Les références

1. Lumière (n.d.). À Wikipedia. Récupéré le 14 mars 2019 de.Wikipédia.org.
2. Burke, John Robert (1999). Physique: la nature des choses. Mexico: International Thomson Editoires. 
3. Réflexion interne totale (n.d.). À Wikipedia. Récupéré le 12 mars 2019 de.Wikipédia.org.
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7. Crawford Jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, Vol. 3), McGraw-Hill.