Quatre milieux, quatre vitesses

Exercice supplémentaire · niveau 1 (application) · physique (seconde), chapitre 5 — Signaux Lumineux · Indice de réfraction et vitesse de la lumière

Énoncé

On donne les indices de réfraction : air $1, 00$ ; eau $1, 33$ ; verre $1, 50$ ; diamant $2, 42$ .<br> 1. Dans lequel de ces milieux la lumière se propage-t-elle le plus vite ? Le plus lentement ?<br> 2. Classer les quatre milieux par vitesse de propagation décroissante, sans calcul.<br> 3. Pourquoi l'indice d'un milieu transparent est-il toujours supérieur ou égal à $1$ ?

Corrigé

1. Les deux extrêmes. La vitesse vaut $v = \frac{c}{n}$ : elle est d'autant plus grande que l'indice est petit. La lumière va donc le plus vite dans l'air ( $n = 1, 00$ ) et le plus lentement dans le diamant ( $n = 2, 42$ ).

2. Le classement. Il suffit de ranger les indices par ordre croissant et de lire à l'envers : $v_{air} > v_{eau} > v_{verre} > v_{diamant} .$ Aucun calcul n'est nécessaire : vitesse et indice varient toujours en sens inverse.

3. Pourquoi $n \geq 1$ . Aucun signal ne se propage plus vite que la lumière dans le vide : on a donc toujours $v \leq c$ , et le rapport $n = \frac{c}{v}$ est nécessairement supérieur ou égal à $1$ . Le cas $n = 1$ correspond au vide lui-même ; l'air en est si proche qu'on le prend égal à $1, 00$ .

Les autres exercices de ce chapitre Le cours du chapitre

Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.