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......@@ -743,8 +743,151 @@ Lien avec l'optique géométrique et la loi de la réflexion.
#### Réfraction à une interface
À faire. Idées : Plus discutable, mais réel : trajectoire du photon, ou Pierre et Paul, à travers le Principe de Fermat et vers la mécanique analytique lagrangienne.
Lien avec l'optique géométrique et la loi de Snell-Descartes.
#### Qu'est-ce que le phénomène de réfraction ?
<br>
Une onde propage de l'énergie.
* Le **phénomène de réfraction** correspond à une *modification de la direction* de propagation
d'une onde *à la traversée d'une interface* entre deux milieux différents.
* Ce phénomène de réfraction est **propre à toute onde**. Il s'observe en *optique, acoustique, sismologie, ...*
![refraction d'une onde plane sur un dioptre plan](
https://m3p2.com/fr/temporary_ins/waves/n3/overview/wave-optics-n3-refraction-1_v2_L1000.gif)
_Modélisation du phénomène de réfraction d'une onde plane._
* La **période temporelle $`T`$** de l'onde, **grandeur fondamentale** propre à l'onde et donc
*ne dépend pas du milieu* de propagation.
* **Chacun des milieux**, de part et d'autre de l'interface, est caractérisé par
*sa propre vitesse de propagation* de l'onde.
* La **longueur d'onde $`\lambda`$**, distance parcourue par l'onde
au cours d'une période temporelle $`T`$, *dépend de la célérité* $`\mathscr{v}`$ et donc *du milieu*.
<br>
##### Quel rôle joue l'interface entre les deux milieux ?
<br>
![](refraction-intro-1_L1200.gif)
**a** - L'onde plane incidente change de direction à la traversée de l'interface entre les deux milieux.
**b** - Le **principe de Huygens-Fresnel** postule une *continuité de phase* de la fonction
d'onde *à la traversée de l'interface* entre les deux milieux.
**c** - *Dans le plan de l'interface*, la fonction d'onde a une **périodicité $`\Lambda`$**
qui dépend de l'angle d'incidence.
<br>
##### Quelle propriété de l'onde varie à la traversée de l'interface ?
<br>
![](refraction-intro-2_L1200.gif)
* La **grandeur physique fondamentale** caractérisant une onde progressive *est temporelle*, soit :
* sa période temporelle *$`T`$ ou* sa fréquence temporelle *$`\nu=1\,/\,T`$*.
* sa pulsation *$`\omega = 2\pi\,\nu = 2\pi\,/\,T`$* pour une *onde harmonique*.
* L'**onde** progressive plane harmonique de *période temporelle $`T`$* présente :
* une **longueur d'onde $`\lambda_1`$** *$`\; = \mathscr{v}_1\;T`$* dans le milieu 1 ou sa célérité est $`\mathscr{v}_1`$.
* une **longueur d'onde $`\lambda_2`$** *$`\; = \mathscr{v}_2\;T`$* dans le milieu 1 ou sa célérité est $`\mathscr{v}_2`$.
<br>
##### Que représente un rayon ?<br> Et comment caractériser sa trajectoire ?
<br>
![](refraction-intro-3_L1200.gif)
* L'**onde** plane progressive harmonique **propage de l'énergie**
* dans sa *direction de propagation*.
* *perpendiculaire au fronts d'onde*.
* La *direction de propagation* de l'énergie peut être représentée par un **rayon**.
_trajectoire fléchée de couleur jaune sur la figure._
* La **trajectoire du rayon** est *déviée à l'interface*.
* Les **angles d'incidence et de réfraction** du rayon sont repérés *par rapport à la normale* à l'interface
au point où le rayon traverse l'interface.
* **$`\theta_1`$** est l'*angle d'incidence*.
* **$`\theta_2`$** est l'*angle de réfraction*.
<br>
##### Quelle est la loi de la réfraction ?
<br>
* Les deux angles **$`\theta_1`$ et $`\theta_2`$** peuvent s'exprimer en *fonction* des longueurs d'ondes
*$`\lambda_1`$ et $`\lambda_2`$*, et d'une **longueur de référence commune**, la longueur d'onde **$`\Lambda`$**
dans le plan de l'interface.
* Les relations utilisent le *théorème de Pythagore* dans un triangle rectangle.
![](refraction-relation-1_L1200.jpg)
![](refraction-relation-2_L1200.jpg)
* Exprimons cette longueur de référence commune dans chaque milieu :
<br>
**$`\large{\boldsymbol{\mathbf{\Lambda = \dfrac{\lambda_1}{sin\,\theta_1}}}}\quad`$**
et *$`\quad\large{\boldsymbol{\mathbf{\Lambda = \dfrac{\lambda_2}{sin\,\theta_2}}}}`$*.
* Nous en déduisons la **loi de la réfraction** :
<br>
$`\left.\begin{align}
&\Lambda = \dfrac{\lambda_1}{sin\,\theta_1}\\
&\Lambda = \dfrac{\lambda_2}{sin\,\theta_2}
\end{align}\right\}\Longrightarrow\;\dfrac{sin\,\theta_1}{\lambda_1}=\dfrac{sin\,\theta_2}{\lambda_2}`$
<br>
$`\hspace{2.5cm}\Longrightarrow\;\dfrac{sin\,\theta_1}{\mathscr{v}_1\,T}=\dfrac{sin\,\theta_2}{\mathscr{v}_2\,T}`$
<br>
$`\hspace{2.5cm}\Longrightarrow\;\color{brown}{\large{\boldsymbol{\mathbf{\dfrac{sin\,\theta_1}{\mathscr{v}_1}=\dfrac{sin\,\theta_2}{\mathscr{v}_2}}}}}`$
![](refraction-relation-3_L1200.jpg)
C'est incomplet. Traiter à la suite le phénomène de réflexion totale..
<br>
##### Quel est le lien avec l'Optique géométrique ?
<br>
* La célérité **$`c=3\times 10^8\;m\,s^{-1}`$** de la lumière dans le vide est une **constante fondamentale de la nature**.
L'expérience, comprises dans le cadre de la relativité d'Einstein, montre que $`c`$ est une *vitesse limite infranchissable*.
* Dans un **matériau transparent**, isotrope et homogène, tout se passe comme si la lumière se propage en ligne droite
à une *célérité $`\mathscr{v}`$* qui dépend du matériau.
* Caractéristique du matériau, la célérité $`\mathscr{v}`$ s'exprime à travers la
notion d'*indice de réfraction* $`n`$ défini par :
<br>
*$`\large{\mathbf{n=\dfrac{c}{\mathscr{v}}}}`$*.
* La *loi de la réfraction en optique géométrique* s'exprime en utilisant la notion d'indice de réfraction
pour caractériser les milieux de part et d'autre de leur interface.
<br>
Connue sous le nom de **Loi de Snell-Descartes**, elle s'écrit :
<br>
**$`\large{\mathbf{n_1\cdot sin\,\theta_1 = n_2\cdot sin\,\theta_2}}`$**
(niveau 2 ou 3 ? plutôt deux...)
<br>
<br><br>
......
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