Les lois de Snell-Descartes et la dispersion de la lumière

La réflexion

Lorsqu'un rayon lumineux rencontre la surface séparant deux milieux, une partie de la lumière peut être réfléchie. L'angle de réflexion est alors égal à l'angle d'incidence, ces deux angles étant mesurés par rapport à la normale à la surface, une droite perpendiculaire à celle-ci.

La réfraction

Lorsqu'un rayon lumineux passe d'un milieu transparent à un autre, il change de direction : c'est la réfraction, décrite par la loi de Snell-Descartes :

n₁ × sin(i₁) = n₂ × sin(i₂)

n₁ et n₂ sont les indices de réfraction des deux milieux, i₁ et i₂ les angles d'incidence et de réfraction, mesurés par rapport à la normale.

L'indice de réfraction

L'indice de réfraction n d'un milieu transparent est une grandeur sans unité, toujours supérieure ou égale à 1, liée à la vitesse de la lumière dans ce milieu : plus l'indice est élevé, plus la lumière s'y propage lentement.

La dispersion de la lumière blanche par un prisme

L'indice de réfraction d'un milieu transparent dépend légèrement de la longueur d'onde de la lumière qui le traverse. Lorsqu'un rayon de lumière blanche traverse un prisme, chaque couleur est donc déviée différemment.

Cette séparation des couleurs, appelée dispersion, permet d'observer le spectre visible de la lumière blanche, comme dans un arc-en-ciel.

L'essentiel

Réflexion : angle de réflexion = angle d'incidence, mesurés par rapport à la normale.
Réfraction : n₁ × sin(i₁) = n₂ × sin(i₂).
Un indice de réfraction élevé correspond à une propagation plus lente de la lumière dans le milieu.
Piège classique : la dispersion par un prisme est due à la dépendance de l'indice de réfraction envers la longueur d'onde, et non à un simple effet de la forme du prisme seul.

Caractériser la propagation et le spectre de la lumière