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Cours de Physique-chimie 2de - Réfraction et réflexion totale

 

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cours de Physique-chimie 

2de 

Réfraction et réflexion totale

Note par nos Maxinautes :  

Objectif
Pratiquer une démarche expérimentale sur la réfraction et la réflexion totale pour comprendre le principe physique de la réfraction, pour connaître la loi de la réflexion totale.et les applications de celle-ci dans le domaine médical : fibres optiques et fibroscopie.
1. Le phénomène de réfraction
a. Mise en évidence expérimentale
Expérience : Un laser envoie un faisceau lumineux dans de l’eau. Que se passe-t-il ?
On observe une déviation du faisceau lumineux lorsqu’il pénètre dans l’eau. On dit que le faisceau lumineux est réfracté.

b. Etude du phénomène
La réfraction apparaît lorsque la direction de propagation d’une onde change lorsqu’elle traverse une surface de séparation entre 2 milieux transparents caractérisés par leur indice de réfraction n.
Les rayons incident et réfracté appartiennent au même plan appelé plan d’incidence.
Les angles d’incidence et de réfraction sont liés par la loi de Snell-Descartes : Elle permet de connaître la direction du rayon réfracté si on connaît celle du rayon incident. L’angle d’incidence i est différent de l’angle réfracté r.
Dans le cas ci-dessus : r < i , car le rayon lumineux passe d’un milieu initial d’indice n1 inférieur à l’indice de réfraction n2 du second milieu. Généralement, dans ce cas de figure, une partie du rayon incident est également réfléchi. C’est ce qui se passe par exemple lorsque la lumière du soleil arrive sur la surface de la mer :

Cas particulier : Lorsque le faisceau lumineux arrive perpendiculairement à la surface de séparation de 2 milieux, il n’est pas dévié.

2. Le phénomène de réflexion totale
Ce phénomène existe lorsque la réfraction atteint ses limites et n’est plus possible (ceci est visible quand l’indice de réfraction du milieu initial n1 est > à l’indice de réfraction du second milieu n2 .

Si on continue d’augmenter l’angle d’incidence c'est-à-dire si θ devient supérieur à θ2 alors il y a réflexion totale : L’angle d’incidence devient égal à l’angle réfléchi. (rayon vert).

3. Application dans le domaine médical : la fibroscopie
Le phénomène de réflexion totale est mis à profit dans les fibres optiques pour guider la lumière ; ces fibres optiques sont des tuyaux de verre ou de plastique transparents très fins et souples qui peuvent se courber. Lorsque la lumière pénètre dans une fibre optique, elle ne peut en sortir que par l’autre bout après une suite de réflexions totales sur les faces de la fibre.
Ce procédé est utilisé dans les télécommunications pour transmettre des informations et dans le domaine médical.

La fibroscopie est une technique d’exploration médicale faite au moyen d’un fibroscope. Il est constitué d’un tube souple dans lequel est intégré une ou plusieurs fibres optiques.

Le fibroscope est équipé :
- d’une caméra qui sert à éclairer le milieu pour aider le médecin à guider le fibroscope et à observer l’état du milieu pour déceler d’éventuels problèmes.
- de systèmes permettant de faire des prélèvements pour des biopsies, pour cautériser des vaisseaux sanguins, pour détruire des calculs, des tumeurs etc.
La fibroscopie est très utilisée pour explorer l’œsophage, le pharynx, les bronches, l’estomac, le côlon etc.
L'essentiel
Lorsque la lumière traverse une surface de séparation de deux milieux transparents, il y a réfraction. La réfraction est régie par les lois de Snell-Descartes.
Lorsque, dans certains cas la réfraction n’est plus possible, alors il y a réflexion totale. Cette propriété est largement utilisée dans les fibres optiques pour les télécommunications, et en fibroscopie dans le domaine médical.
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