Optique

Réfraction de la lumière, indice de réfraction

Quand la lumière traverse la frontière entre deux milieux transparents, sa vitesse et généralement sa direction changent. Le rayon réfracté dévie à l’interface.

Quand la lumière traverse la frontière entre deux milieux transparents, sa vitesse et généralement sa direction changent. Le rayon réfracté dévie à l’interface.

Loi et application

Vérification rapide

De l’air vers l’eau, la vitesse de la lumière diminue et le rayon réfracté se rapproche de la normale ; dans le sens inverse, il s’en éloigne. La loi de Snell s’écrit $n_1\sin i=n_2\sin r$, les angles étant mesurés depuis la normale et l’indice valant $n=c/v$. De l’air vers un verre d’indice 1,5, un angle d’incidence de 30° donne \sin rpprox0,33, donc rpprox19°. Une cuillère plongée en partie dans l’eau semble brisée, car la réfraction déplace la position apparente de sa partie immergée.Pour prévoir la direction, tracez d’abord la normale à l’interface ; un rayon qui arrive perpendiculairement à la surface ne change pas de direction.

L’indice de réfraction est le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide et dans un milieu ; il ne mesure ni sa luminosité ni sa quantité de matière. À une interface, la fréquence reste fixée par la source, tandis que vitesse et longueur d’onde changent selon $v=f\lambda$. La longueur d’onde est donc plus courte dans le verre que dans l’air, sans changement de couleur. En passant d’un indice élevé à un indice faible, la loi de Snell prévoit un angle où le rayon réfracté rase l’interface : c’est le seuil de la réflexion totale.