Réflexion et réfraction : lois de Snell-Descartes
Cours · optique géométrique (MPSI), chapitre 2 · CPGE MPSI (1re année) · le début du chapitre, la suite sur Adloun
Lorsqu'un rayon lumineux rencontre la surface séparant deux milieux transparents (l'eau et l'air, le verre et l'air…), il se divise : une partie est réfléchie, l'autre est réfractée (transmise en changeant de direction). Les lois de Snell-Descartes quantifient ces deux phénomènes. Elles expliquent une foule d'observations quotidiennes — le bâton qui semble brisé dans l'eau, les mirages, l'éclat du diamant — et un phénomène essentiel : la réflexion totale, à la base des fibres optiques.
2.1 Dioptre, rayon incident, réfléchi et réfracté
Un dioptre est la surface séparant deux milieux transparents d'indices différents et . Au point d'incidence, on définit la normale (perpendiculaire au dioptre) ; tous les angles sont mesurés par rapport à la normale. Le rayon incident, la normale, les rayons réfléchi et réfracté sont dans un même plan, le plan d'incidence.
2.2 Les lois de Snell-Descartes
- Réflexion : le rayon réfléchi est dans le plan d'incidence ; l'angle de réflexion est égal à l'angle d'incidence :
- Réfraction : le rayon réfracté est dans le plan d'incidence ; les angles vérifient
- En passant dans un milieu plus réfringent (, p. ex. air eau), le rayon se rapproche de la normale ().
- En passant dans un milieu moins réfringent (, p. ex. eau air), il s'écarte de la normale ().
Exercices du chapitre
- Le dioptre partage l'énergie : reflets corrigé
- Construire le rayon réfracté ; établir la condition de réflexion totale corrigé
- La lame à faces parallèles corrigé
- Profondeur apparente, hors des petits angles corrigé
- Le prisme : émergence et minimum de déviation corrigé
- Le disque lumineux et la fenêtre de Snell corrigé