Tout le monde sait ou du moins a entendu dire que la lumière a la propriété de se réfracter et de se réfléchir. Mais seules les formules de l'optique géométrique et ondulatoire peuvent expliquer comment, ou plutôt sur quelle base, cela se produit. Et tout cet enseignement est basé sur le concept de « rayon », introduit par Euclide trois siècles avant notre ère. Alors, qu'est-ce qu'un faisceau, scientifiquement parlant ?
Un faisceau est une ligne droite le long de laquelle se déplacent des ondes lumineuses. Comment, pourquoi - ces questions sont répondues par les formules de l'optique géométrique, qui fait partie de l'optique ondulatoire. Ce dernier, comme on pourrait le supposer, traite les rayons comme des ondes.
Formules d'optique géométrique
La loi de propagation rectiligne: un rayon dans un milieu de même type a tendance à se propager rectilignement. Autrement dit, la lumière se déplace le long du chemin le plus court qui existe entre deux points. On pourrait même dire que le faisceau lumineux cherche à gagner du temps. Cette loi explique les phénomènes d'ombre et de pénombre.
Par exemple, si la source lumineuse elle-même est de petite taille ou est située à une distance telle qu'elletailles peuvent être ignorées, le faisceau lumineux forme des ombres claires. Mais si la source lumineuse est grande ou très proche, le faisceau lumineux forme des ombres floues et des ombres partielles.
Loi de propagation indépendante
Les rayons lumineux ont tendance à se propager indépendamment les uns des autres. Autrement dit, ils ne s'affecteront en aucune façon s'ils se croisent ou se traversent dans un milieu homogène. Les rayons semblent ignorer l'existence d'autres rayons.
Loi de la réflexion
Imaginons qu'une personne pointe un pointeur laser vers un miroir. Bien entendu, le faisceau sera réfléchi par le miroir et se propagera dans un autre milieu. L'angle entre la perpendiculaire au miroir et le premier rayon est appelé angle d'incidence, l'angle entre la perpendiculaire au miroir et le deuxième rayon est appelé angle de réflexion. Ces angles sont égaux.
Les formules de l'optique géométrique révèlent de nombreuses situations auxquelles personne ne pense même. Par exemple, la loi de réflexion explique pourquoi nous pouvons nous voir dans un miroir "direct" exactement tels que nous sommes, et pourquoi sa surface incurvée crée une image différente.
Formule:
a - angle d'incidence, b - angle de réflexion.
a=b
La loi de la réfraction
Le rayon d'incidence, le rayon de réfraction et la perpendiculaire au miroir sont situés dans le même plan. Si le sinus de l'angle d'incidence est divisé par le sinus de l'angle de réfraction, on obtient alors la valeur n, qui est constante pour les deux milieux.
n montre à quel angle le faisceau du premier milieu passe dans le second, et comment les compositions de ces milieux sont corrélées.
Formule:
i - angle incident. r - angle de réfraction. n21 - indice de réfraction.
sin i/sin r=n2/ 1= n21
Loi de réversibilité de la lumière
Que dit la loi de réversibilité de la lumière ? Si le faisceau se propage le long d'une trajectoire bien définie dans une direction, il répétera le même trajet dans la direction opposée.
Résultats
Les formules de l'optique géométrique sous une forme quelque peu simplifiée expliquent le fonctionnement d'un faisceau de lumière. Il n'y a rien de difficile à cela. Oui, les formules et les lois de l'optique géométrique négligent certaines des propriétés de l'univers, mais leur importance pour la science ne peut être sous-estimée.
