physique (seconde) · Chapitre 5 · Exercice de TD

Le rayon qui pénètre dans l'eau

Signaux Lumineux · Lois de Snell-Descartes et réflexion totale · niveau 2

Énoncé

Un rayon de lumière monochromatique se propageant dans l'air ( $n_{1} = 1, 00$ ) pénètre dans l'eau ( $n_{2} = 1, 33$ ) avec un angle d'incidence $i_{1} = 40, 0^{\circ}$ par rapport à la normale.
1. Nommer le phénomène subi par le rayon lumineux à la surface de l'eau.
2. Rappeler la loi de Snell-Descartes relative à la réfraction.
3. Calculer l'angle de réfraction $i_{2}$ et préciser si le rayon s'approche ou s'écarte de la normale.
4. Que vaut l'angle du rayon réfléchi par rapport à la normale ?

Corrigé

1. Il subit une réfraction (accompagnée d'une réflexion partielle) au niveau du dioptre air-eau.
2. $n_{1} sin (i_{1}) = n_{2} sin (i_{2})$ .
3. $sin (i_{2}) = \frac{1 , 00 \times sin ( 40 , 0 ^{\circ} )}{1 , 33} = \frac{0 , 643}{1 , 33} \approx 0, 483$ , d'où $i_{2} = sin^{- 1} (0, 483) \approx 28, 9^{\circ}$ . Le rayon se rapproche de la normale, ce qui est cohérent avec $n_{2} > n_{1}$ .
4. La loi de la réflexion donne $r = i_{1} = 40, 0^{\circ}$ .

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