mercredi 26 décembre 2012

B. La réfraction





Les rayons émis par le Soleil ne sont pas tous diffusés en atteignant la Terre : l’ultraviolet est absorbé par l’oxygène et l’azote de la haute atmosphère, l’infrarouge par la vapeur d’eau et le gaz carbonique de la basse atmosphère, par exemple. Cependant, lorsque les rayons qui nous proviennent franchissent une couche de l’atmosphère, ils rencontrent un obstacle. Comme nous l’avons précisé auparavant, l’atmosphère est un milieu hétérogène. De ce fait, les rayons sont réfractés.


• QU’EST-CE QUE LA RÉFRACTION ?

La réfraction, c’est la déviation d’un rayon lumineux d’un milieu à un autre milieu. Au XVIIe siècle, deux physiciens, Willebrord Snell et René Descartes, établissent une loi propre à la réfraction. Selon eux, lorsqu’un faisceau lumineux traverse une paroi séparant deux milieux différents, il change de
direction. Il existe une formule mathématique capable de déduire le type de réfraction d’un rayon dans un milieu précis.




           n : l’indice de réfraction d’un milieu
           v : la vitesse de la lumière dans ce milieu
           c : la vitesse de la lumière dans le vide (soit 299 792 458 m.⋅s-1 )



Fichier:Refraction fr.png
©Fabien2005, Wikipédia

Avant d’avoir rencontré la surface réfractante, le rayon est incident. Après la rencontre avec cette surface (aussi appelée dioptre), on le dit réfracté.

L’angle orienté θ1 (en rouge sur le schéma) s’appelle angle d'incidence.
L’angle orienté θ2 (en bleu sur le schéma) est l’angle de réfraction.


La formule de Snell-Descartes :


\displaystyle n_1 \sin(\theta_1) = n_2 \sin(\theta_2).

• Si n1>n2, alors le rayon bleu réfracté se rapproche plus rapidement de la surface réfractante que le rayon rouge incident.


En résumé, la réfraction nous permet d’étudier la trajectoire que prennent les rayons du Soleil en atteignant la Terre. Cette étude prouve donc que les rayons lumineux ne restent pas tout à fait horizontaux, mais sont déviés en rencontrant l’atmosphère. La réfraction est indispensable dans la formation et l’observation du rayon vert : cela signifie que l’observateur ne verra pas le Soleil à sa position réelle ; mais cela va surtout permettre la dispersion des couleurs (les couleurs et longueurs d’onde différentes sont séparée) et de ce fait : l’apparition d’un autre phénomène physique qui joue un rôle essentiel : la diffusion.


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