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Cours de Physique Premiere C D E TI – La réflexion de la lumière

Quand un rayon de lumière rencontre un objet, il rebondit sur l’objet, comme une balle sur un mur. On dit que le rayon lumineux est réfléchi. Si la réflexion se fait sur une surface plane, on peut prévoir la trajectoire de la lumière après rebond.

On appelle réflexion de la lumière le phénomène de renvoi de la lumière par une surface plane et polie dans une direction privilégiée

I Les lois de la réflexion

Considérons un bloc de glace de forme parallélépipédique posé sur une table. Un système optique envoi sur ce bloc un pinceau lumineux dont la trace est représenté par SI. ou I est le point de rencontre du rayon lumineux avec la glace.
Ce rayon est renvoyé par la glace dans une direction qui est différente de celle d’arrivée. La trace du rayon renvoyé est représenté par IR.

la réflexion de la lumière
la réflexion de la lumière

SI est le rayon incident
IR est le rayon réfléchi
IN est la normale à la surface réfléchissante
L’angle i formé par la normale IN et le rayon incident SI est appelé angle d’incidence
L’angle i’ formé par IN et IR est appelé l’angle de réflexion
Le plan formé par SI et IN est le plan d’incidence.

I.1 Les lois de la réflexion: lois de Descartes
Première loi

Le rayon réfléchi est contenu dans le plan incidence

Deuxième loi
L’angle d’incidence est égale à l’angle de réflexion      i=i′

I.2 la loi de retour inverse de la lumière

Énoncé: Le trajet suivi par la lumière n’est pas modifié quand le son est inversé.

En effet, si RI devient le rayon incident alors le rayon réfléchi serait IS la lumière suivrait le même trajet, mais en sens inverse.

I.3 Principe de Fermat

Énoncé : Le chemin effectivement suivi par la lumière pour aller d’un point A à un B est celui pour lequel le temps de parcours est minimum. Ce principe a deux conséquences :

– Dans un milieu transparent et homogène (milieu dont l’indice de réfraction n est uniforme, i.e. le même en tout point), la lumière se propage en ligne droite. C’est le principe de propagation rectiligne de la lumière.

 Le trajet suivi par la lumière est indépendant du sens de parcours. C’est le principe du retour inverse de la lumière.

Si un rayon lumineux SI pénètre dans un système optique quelconque pour en ressortir suivant I’S’ , un rayon lumineux entrant dans le système suivant S’I’ en ressortira suivant IS.

Autrement dit, le trajet suivi par la lumière entre deux points est toujours celui qui minimise le temps de parcours.

II– Le miroir plan

miroir

On appelle miroir toute surface plan et réfléchissante, exemple une vitre plane, la surface d’un liquide au repos.
Il est représenté par la trace de son plan normal au plan de la figure, le coté non réfléchissant étant hachuré.

Le pouvoir réflecteur d’un miroir est sa capacité à renvoyer partiellement ou totalement de la lumière qu’il reçoit.
On augmente le pouvoir réflecteur d’une vitre en mettant sur l’une des faces une fine couche d’argent ou d’étain.

II.1 Image d’un objet réel donné par un miroir plan.

objet réel
objet virtuelle

Le miroir donné d’un objet réel, une image virtuelle symétrique de l’objet par rapport au miroir plan.

II-2 La rotation d’un miroir plan

rotation d un miroir

Lorsqu’on tourne le miroir d’un angle α, l’objet restant fixe, son image tourne de 2α dans le même sens que le miroir.

Démonstration: soit un miroir plan M qui donne d’un objet S une image S1 . Que deviendra S1 lorsque l’on fait tourner le miroir d’un angle α autour d’un axe Δ contenu dans son plan en maintenant le point objet S fixe.

Les images A’1 et A’2 d’un objet A sont symétriques de A par rapport à M1 et M2 . Les points A’1, A’2 et A sont sur un cercle de centre O et de rayon OA.
L’angle inscrit (A’1AA’2) étant égal à α, l’angle au centre (A’1OA’2) vaut 2α.
Quand un miroir tourne d’un angle α autour d’un axe, l’image tourne autour de cet axe et dans le même sens d’un angle double 2α: Il en est de même des rayons réfléchis correspondant à un rayon incident quelconque.

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