Chaque écolier sait que la lumière dans un milieu transparent homogène se déplace le long d'une trajectoire rectiligne. Ce fait permet de considérer de nombreux phénomènes optiques dans le cadre du concept de faisceau lumineux. Cet article parle de l'angle d'incidence du faisceau, et pourquoi il est important de connaître cet angle.
Un faisceau de lumière est une onde électromagnétique micrométrique
En physique, il existe des ondes de différentes natures: sonores, marines, électromagnétiques et quelques autres. Cependant, le terme "faisceau" ne s'applique qu'aux ondes électromagnétiques, dont le spectre visible fait partie. Le mot "rayon" lui-même peut être représenté comme une ligne droite reliant deux points dans l'espace.
La lumière (comme une onde) peut être vue comme une ligne droite, car chaque onde implique la présence de vibrations. La réponse à cette question réside dans la valeur de la longueur d'onde. Ainsi, pour le marin et le son, la longueur varie de quelques centimètres à plusieurs dizaines de mètres. Bien sûr, de telles oscillations peuvent difficilement être qualifiées de faisceau. La longueur d'onde de la lumière est inférieure à un micromètre. L'œil humain n'est pas capable de distinguer de telles vibrations, il nous semble donc queque nous voyons un faisceau direct.
Par souci d'exhaustivité, il convient de noter que le faisceau lumineux n'est visible que lorsqu'il commence à se disperser sur de petites particules, comme dans une pièce poussiéreuse ou des gouttelettes de brouillard.
Où est-il important de connaître l'angle auquel le faisceau touche l'obstacle ?
Les phénomènes de réflexion et de réfraction sont les effets optiques les plus célèbres qu'une personne rencontre littéralement chaque jour lorsqu'elle se regarde dans le miroir ou boit un verre de thé après avoir regardé la cuillère dedans.
La description mathématique de la réfraction et de la réflexion nécessite la connaissance de l'angle d'incidence du faisceau. Par exemple, le phénomène de réflexion est caractérisé par l'égalité de l'angle de réflexion et d'incidence. S'ils sont décrits du côté du processus de réfraction, l'angle d'incidence et l'angle de réfraction sont liés l'un à l'autre par les fonctions des sinus et les indices de réfraction du milieu (loi de Snell).
L'angle auquel un faisceau lumineux tombe sur l'interface entre deux supports transparents joue un rôle important lorsque l'on considère l'effet de la réflexion totale interne dans un matériau optiquement plus dense. Cet effet n'est observé que dans le cas d'angles d'incidence supérieurs à une certaine valeur critique.
Définition géométrique de l'angle considéré
On peut supposer qu'il existe une surface qui sépare les deux environnements. Cette surface peut être plane, comme dans le cas d'un miroir, ou elle peut être plus complexe, comme la surface striée de la mer. Imaginez que sur cette surface tombefaisceau de lumière. Comment déterminer l'angle d'incidence de la lumière ? Pour ce faire, c'est assez simple. Voici une séquence d'actions à effectuer pour trouver l'angle souhaité.
- D'abord, vous devez déterminer le point d'intersection du rayon avec la surface.
- Par O on doit tracer une perpendiculaire à la surface considérée. On l'appelle souvent normal.
- L'angle d'incidence du faisceau est égal à l'angle entre celui-ci et la normale. Il peut être mesuré avec un simple rapporteur.
Comme vous pouvez le voir, il n'est pas difficile de trouver l'angle considéré. Cependant, les étudiants commettent souvent l'erreur de le mesurer entre le plan et le faisceau. Il faut se rappeler que l'angle d'incidence est toujours mesuré à partir de la normale, quels que soient la forme de la surface et le milieu dans lequel elle se propage.
Miroirs sphériques, lentilles et rayons tombant dessus
La connaissance des propriétés des angles d'incidence de certains rayons est utilisée dans la construction d'images dans des miroirs sphériques et des lentilles minces. Pour construire de telles images, il suffit de savoir comment se comportent deux faisceaux différents lorsqu'ils interagissent avec les dispositifs optiques nommés. L'intersection de ces rayons détermine la position du point image. Dans le cas général, on peut toujours trouver trois faisceaux différents dont on connaît exactement la trajectoire (le troisième faisceau permet de vérifier la justesse de l'image construite). Ces rayons sont nommés ci-dessous.
- Parallèle à l'axe optique principal de l'appareil. Il traverse le foyer après réflexion ou réfraction.
- Un faisceau passant par le foyer de l'appareil. Il reflète toujoursréfractée parallèlement à l'axe principal.
- Passant par le centre optique (pour un miroir sphérique, il coïncide avec le centre de la sphère, pour une lentille, il est à l'intérieur). Un tel faisceau ne change pas sa trajectoire.
La figure ci-dessus montre les schémas de construction d'images pour différentes options pour l'emplacement de l'objet par rapport aux lentilles minces.
