TPRO-Sciences-Physiques : SL1 – COMMENT DEVIER LA LUMIERE ? Réflexion de la lumière

La réflexion de la lumière

Les rayons lumineux se propagent en ligne droite dans les milieux transparents. Mais ils peuvent changer de direction dans deux cas.

Quand ces rayons atteignent un milieu réfléchissant, les rayons changent de direction : c’est la réflexion.

 

Si les rayons passent d’un milieu à un autre, les rayons changent également de direction : on parle de réfraction.

 

Définition de la réflexion de la lumière

Lorsque la lumière atteint un nouveau milieu une partie est réfractée tandis que l’autre partie est renvoyée dans le premier milieu : on dit que cette lumière subit une réflexion.

Ainsi la réflexion de la lumière peut se produire à la surface d’une vitre en verre, à la surface d’un miroir ou encore à la surface de l’eau.

Attention, il ne faut pas confondre la réflexion et la diffusion. 

Dans la diffusion, les rayons lumineux sont diffusés dans toutes les directions alors que dans la réflexion, les rayons lumineux sont renvoyés dans une seule direction.

Principe de la réflexion de la lumière

Quand un faisceau lumineux arrive au niveau d’une surface réfléchissante, le faisceau est réfléchi selon un angle bien précis. On appelle généralement I le point d’incidence du rayon lumineux, c'est-à-dire le point ou le faisceau lumineux arrive sur une surface polie.

La droite perpendiculaire au point d’incidence est appelée normale ou normale au point d’incidence : on calcule les angles à partir de cette droite.

Quand un rayon lumineux incident arrive au niveau du point I, il possède un angle appelé θi (se prononce téta i). Le rayon réfléchi, quant à lui, repart avec un angle équivalent à θr.

 

Les lois de Descartes précisent alors deux caractéristiques majeures de la réflexion :

1. Le rayon réfléchi appartient au plan d’incidence
2. L’angle de réflexion (θi) est égal à l’angle réfléchi (θr)

Source : https://www.superprof.fr/ressources/scolaire/physique-chimie/seconde/optique/reflexion-et-refraction.html#chapitre_la-reflexion-de-la-lumiere

Exemple concret de réflexion : le miroir

Comment fonctionne un miroir ?

Le miroir est un objet suffisamment poli pour réfléchir la lumière. Un miroir est constitué d’une couche de métal poli qui peut être de l’aluminium ou de l’argent et qui est recouvert de verre.

Autrefois l’argent était beaucoup utilisé mais il s’oxydait vite (cela explique que les miroirs anciens ont tendance à développer des taches noires) donc on utilise de nos jours préférentiellement de l’aluminium.

Cette couche est appliquée sur ce que l’on appelle le tain, qui est une couche de plomb ou de cuivre.

Le schéma ci-dessous explique le principe de fonctionnement du miroir plan :

Autre exemple d'application : la fibroscopie médicale

La fibroscopie est une technique beaucoup utilisée dans le domaine médical.

Cette technique prend alors le nom d'endoscopie. L'examen d'endoscopie permet de visualiser les cavités, les organes et les conduits du corps humain à l'aide d'un endoscope ou fibroscope.

Le premier endoscope a été inventé en 1852 par Antoine Jean Desormaux. Ce premier dispositif a ensuite été amélioré avec l'invention du premier tube semi-flexible dans la première moitié du XXeme siècle.

Dans les années 80 on a adjoint à cette techniques des dispositifs de caméras qui ont permis de développer la chirurgie endoscopique. Les endoscopes sont introduits par les voies naturelles. L'endoscopie peut être à visée thérapeutique ou diagnostique.

On peut citer parmi les examens les plus répandus :  l'endoscopie via une petite incision dans l'abdomen qui se nomme la cœlioscopie, l'endoscopie via le rectum appelée coloscopie, l'endoscopie pour visualiser les voies urinaires et la vessie qui se nomme cystoscopie et enfin l'endoscopie qui permet de visualiser les articulations est appelée arthroscopie.

 

 

La réflexion totale de la lumière

Dans le cas où la lumière passe dans un milieu moins réfringent, elle s’éloigne de la normale. Au delà d’une certaine limite de l’angle d’incidence la réfraction n’est alors plus possible et la lumière est entièrement réfléchie.

Le phénomène de réflexion totale est en particulier mis à profit dans les fibres optiques où la lumière entre avec un angle d’incidence trop important pour subir une réfraction et se réfléchit entièrement.

• Quid de la réverbération ?

Quand on se trouve au bord de la mer ou en montagne, si on regarde la neige ou la surface de l’eau on est vite éblouit et les lunettes de soleil deviennent indispensables.

Mais pourquoi ?

Les rayons lumineux émis par le soleil peuvent être absorbés, réfractés ou réfléchis par les différentes surfaces qu’ils rencontrent.

La mer tout comme par exemple la neige ou le sable se comportent un peu comme des miroirs : ils peuvent réfléchir une partie des rayons lumineux. La mer, qui est en mouvement réfléchit généralement environ 10% des rayons lumineux alors que la neige en réfléchit presque 80% ! C’est pour cela qu’il est très important de protéger ses yeux avec des lunettes de soleil adaptées pour éviter que la rétine soit exposée à des lumières trop fortes.

Le tableau ci-après donne les pourcentages de réverbération pour différentes surfaces :

Eau douce	2 à 4 %
Surface de la mer	10 %
Sable	20 - 30 %
Glace	50 - 60%
Neige	75 - 90 %