- Éléments
- Lois de la réflexion
- Première loi
- Deuxième loi
- Principe de Fermat
- Réflexion interne totale de la lumière
- Types de réflexion
- Le reflet spéculaire
- Réflexion diffuse
- Réflexion mixte
- Applications
- Rétroréflexion
- Expérience
- Réflexion interne totale de l'expérience de la lumière
- Les causes
- conclusion
- Références
La réflexion de la lumière est le phénomène optique par lequel un rayon de lumière change de direction et se réfléchit lorsqu'il frappe la surface de séparation de deux supports, sans pouvoir traverser ladite surface.
C'est un phénomène fondamental qui se produit dans la nature et qui a déjà été étudié dans la Grèce classique. Cependant, les lois régissant la réflexion de la lumière n'ont été énoncées que bien dans le XVIIe siècle. C'est le scientifique néerlandais W. Snell qui a défini les lois de la réflexion et de la réfraction. De cette façon, ces lois étaient appelées les lois de Snell.
Réflexion de la lumière dans l'eau. Pixabay
La réflexion elle-même est un phénomène général qui affecte toutes les ondes, bien que le cas de la lumière soit le plus représentatif. Chaque fois que la lumière tombe sur un corps, une réflexion se produit. Selon les couleurs du spectre que le corps absorbe et celles qu'il reflète, on voit le corps d'une couleur ou d'une autre.
La réflexion est également présente dans notre vie de tous les jours dans des sujets aussi quotidiens que la formation d'images dans des miroirs. Ces images peuvent être expliquées à partir des lois de la réflexion. On peut également le voir sur les images réfléchies à la surface de l'eau, bien que dans ce cas le phénomène de réfraction se produise également.
Éléments
Lors de l'étude de la réflexion de la lumière, les éléments suivants doivent être pris en compte: la lumière, les deux supports, la surface de séparation du support, le rayon incident, le rayon réfléchi et la normale à la surface de séparation.
En physique, le terme lumière englobe tout le champ de rayonnement inclus dans le spectre électromagnétique, le terme lumière visible étant réservé à la partie du spectre perçue par l'œil humain.
Dans la réflexion, deux moyens doivent être distingués. Le premier est le milieu par lequel la vague se déplace. La seconde ne la traverse pas ou si elle le fait, la réfraction de l'onde se produit. Entre les deux médias se trouve ce qu'on appelle la séparation des médias.
La normale est une ligne perpendiculaire au plan de séparation du support. Le rayon incident est appelé le faisceau de lumière qui atteint la surface de séparation à travers le premier milieu. Pour sa part, le rayon réfléchi est celui qui est réfléchi après la collision du rayon incident avec cette surface.
Lois de la réflexion
Bien qu'Euclide ait été le premier à publier les lois de la réflexion au IIIe siècle avant JC, la vérité est que c'est en 1621, avec l'astronome et mathématicien néerlandais Willebrord Snell van Royen, que les lois actuelles de la réflexion et de la réfraction ont été établies..
Les deux lois de la réflexion sont discutées ci-dessous.
Première loi
La première loi est résumée dans l'énoncé suivant: le rayon incident, la normale (ou perpendiculaire au plan) et le rayon réfléchi sont dans le même plan de l'espace.
Angles de réflexion de la lumière. Aucun auteur lisible par machine fourni. Arvelius a supposé (basé sur des revendications de droits d'auteur).
Deuxième loi
La deuxième loi de réflexion stipule que l'angle de réflexion est exactement le même que l'angle d'incidence.
Principe de Fermat
Les deux lois de réflexion précédentes, ainsi que les lois de réfraction, peuvent être déduites du principe de Fermat. Ce principe stipule que le chemin qu'un rayon de lumière suit entre deux endroits dans l'espace est toujours celui qui prend le moins de temps possible.
Réflexion interne totale de la lumière
La réflexion interne totale de la lumière se produit lorsque la lumière rencontre un milieu avec un indice de réfraction, n 2, inférieur à celui du milieu dans lequel elle se trouve, n 1. Dans ce cas, la lumière ne peut pas traverser la surface de séparation des deux supports et est complètement réfléchie.
Bien entendu, cela ne se produit que pour des angles d'incidence supérieurs à ceux appelés angle critique.
La réflexion interne totale est la cause des étincelles que l'on peut voir dans un diamant taillé.
Types de réflexion
La réflexion peut être de plusieurs types: spéculaire, diffuse ou mixte. Le fait qu'un type de réflexion ou un autre ait lieu dépendra principalement du type de surface sur son trajet.
Le reflet spéculaire
Lorsque la lumière tombe sur une surface lisse et polie, une réflexion spéculaire se produit.
Réflexion diffuse
Au lieu de cela, lorsque la lumière tombe sur une surface non polie, la réflexion se produit dans toutes les directions de l'espace. On dit donc qu'il y a eu une réflexion diffuse.
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Réflexion mixte
Comme son nom l'indique, une réflexion mixte se produit lorsqu'une combinaison des deux précédentes se produit.
Applications
La réflexion de la lumière a différentes applications. Ainsi, par exemple, le phénomène de réflexion totale est utilisé dans ce que l'on appelle le prisme de Porro, qui est utilisé dans la fabrication de jumelles.
La réflexion totale est également utilisée pour la propagation de la lumière dans les câbles à fibres optiques. Ainsi, si vous avez une connexion internet par fibre optique chez vous, sachez qu'une partie de la responsabilité d'en profiter est due à la réflexion totale de la lumière.
Rétroréflexion
La rétroréflexion est une application de réflexion de la lumière, consistant à réfléchir la lumière vers l'origine ou la source, quel que soit son angle d'incidence. Pour ce faire, des surfaces réfléchissantes plates sont utilisées.
Une application spécifique de la rétroréflexion est dans les panneaux de signalisation. Cela permet à la lumière des phares d'être réfléchie directement dans la direction d'origine. Ainsi, le signal apparaît amélioré pour que le conducteur reçoive l'avertissement du danger.
Expérience
Le phénomène de réflexion de la lumière peut être vérifié avec quelques expériences simples à domicile comme celle que nous proposons ci-dessous. Vous pouvez le faire à la maison sans aucun risque et voir comment la physique est à portée de main.
Réflexion interne totale de l'expérience de la lumière
Pour réaliser cette expérience, vous n'avez besoin que d'un verre, d'eau, de lait et d'un pointeur laser.
Tout d'abord, remplissez le verre d'eau, puis ajoutez quelques gouttes de lait. Une fois cela fait, le pointeur laser est pointé vers le verre sous le niveau de l'eau. De cette manière, le faisceau lumineux du pointeur passera à travers l'eau et se reflétera sur la surface de l'eau avec l'air.
De plus, grâce aux gouttelettes de lait dissoutes dans l'eau, il est possible de suivre le parcours complet de l'onde lumineuse et d'observer parfaitement à la fois le rayon incident et le rayon réfléchi. Dans tous les cas, l'idéal est de réaliser l'expérience dans une pièce peu éclairée pour mieux apprécier le motif de l'onde réfléchie.
Les causes
Comme nous l'avons expliqué précédemment, ce phénomène n'a lieu que lorsque la lumière passe d'un milieu avec un indice de réfraction plus élevé à un avec un indice plus faible. De la même manière, pour que cela se produise, la lumière doit affecter la séparation du support avec un angle supérieur à l'angle dit critique.
conclusion
Le reflet de la lumière est un phénomène naturel qui nous accompagne au quotidien dans nos vies. Il en est ainsi, à tel point que nous percevons les couleurs grâce à elle. Il existe des preuves de son étude déjà en Grèce classique, bien que ce ne soit qu'au XVIIe siècle avec Snell que les règles qui la régissent ont commencé à être définies.
Actuellement, ses applications sont nombreuses et variées. Certains, vous ne les auriez sûrement pas imaginés, et ils sont impliqués dans des processus aussi inattendus que la transmission d'informations via des câbles à fibres optiques.
Non seulement la physique est en tout lorsqu'elle nous entoure, mais la lumière nous accompagne aussi inséparablement dans notre découverte de la réalité. Pas en vain, c'est grâce à elle que nous percevons le monde qui nous entoure.
Références
- Lumière (nd). Dans Wikipedia. Récupéré le 27 février 2019 sur en.wikipedia.org.
- Burke, John Robert (1999). Physique: la nature des choses. Mexique DF: International Thomson Editores.
- Réflexion interne totale (nd). Sur Wikipedia. Récupéré le 28 février 2019 sur en.wikipedia.org.
- Lumière (nd). Sur Wikipedia. Récupéré le 1er mars 2019 sur en.wikipedia.org.
- Lekner, John (1987). Théorie de la réflexion, des ondes électromagnétiques et de particules. Springer.