Comprendre la réfraction de la lumière et les lois de Snell-Descartes

Tu as sûrement déjà remarqué ce phénomène. Ce n'est pas la paille qui se casse, mais la lumière qui change de trajectoire ! Lorsqu'un rayon lumineux change de milieu transparent (par exemple de l'air à l'eau), il est dévié.

Pour étudier ce phénomène, on dessine la surface de séparation (le dioptre) et une ligne imaginaire repère : la normale. La normale est la droite perpendiculaire à la surface au point où le rayon lumineux arrive.

On définit deux angles précis : l'angle d'incidence ($i_1$) entre le rayon incident et la normale, et l'angle de réfraction ($i_2$) entre le rayon réfracté et la normale.

Chaque milieu transparent se comporte différemment avec la lumière. Pour les distinguer, on utilise une grandeur sans unité appelée "indice de réfraction", notée $n$. Cet indice caractérise le milieu.

La première loi est géométrique : le rayon réfracté appartient au plan défini par le rayon incident et la normale. Autrement dit, si tu dessines le rayon sur une feuille de papier, la lumière ne sort pas de la feuille, tout reste dans le même plan.

Dans cette égalité, l'indice '1' correspond au milieu d'où vient la lumière, et l'indice '2' au milieu où elle va. "sin" est la fonction sinus disponible sur ta calculatrice.

Étape 1 : On pose la formule $n_1\times \sin (i_1)=n_2\times \sin (i_2)$ et on remplace par les valeurs. Cela donne : $1,0\times \sin (30)=1,5\times \sin (i_2)$. Comme $\sin (30)=0,5$, on a : $0,5=1,5\times \sin (i_2)$.

Étape 2 : On isole le terme inconnu '$\sin (i_2)$'. On obtient $\sin (i_2)=\frac{0,5}{1,5}$, ce qui fait environ 0,333.

Étape 3 : Pour trouver l'angle $i_2$, on utilise la touche "Arcsin" (ou ${\sin }^{-1}$) de la calculatrice. $\arcsin (0,333)$ donne environ $19,5^{\circ }$. L'angle de sortie ($19,5^{\circ }$) est plus petit que l'angle d'entrée ($30^{\circ }$) : le rayon s'est rapproché de la normale.