Réflexion interne totale : l'angle critique
1 · Prédire
La lumière voyageant d'un milieu plus dense (comme le verre) vers un milieu moins dense (comme l'air) peut être entièrement réfléchie au lieu de se réfracter, si l'angle d'incidence est suffisamment raide. Un verre à indice plus élevé a-t-il un angle critique plus petit ou plus grand ?
- Un verre à indice plus élevé a un angle critique plus grand.
- L'angle critique ne dépend pas de l'indice du verre.
- Un verre à indice plus élevé a un angle critique plus petit : la réflexion interne totale se produit plus facilement.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage tir et appuyez sur Réinitialiser. La lumière passe du verre à l’air (n₂ = 1.0 fixed).
- Activez la lecture de l’angle critique.
- Réglez l'indice de réfraction du verre pour chaque essai et enregistrez l'angle critique.
3 · Collecter les Données
| Indice de verre n₁ | Angle critique θ_c (°) |
|---|---|
| 1.30 | |
| 1.50 | |
| 1.70 |
Tracez l'angle critique θ_c (axe y) par rapport à 1/n₁ (axe x) pour vos trois essais.
4 · Analyser
- Pour un essai, calculez θ_c = asin(n₂/n₁) en utilisant n₂ = 1.0. Comparez avec le tableau.
- Expliquez pourquoi un verre à indice plus élevé (courbant la lumière plus fortement) a un angle critique PLUS PETIT - la réflexion interne totale se produit pour une plus large gamme d'angles d'incidence.
5 · Approfondir
- Les fibres optiques reposent sur une réflexion interne totale pour piéger la lumière à l'intérieur d'un noyau de verre à indice élevé, la faisant rebondir sur toute la longueur de la fibre sans presque aucune perte. Expliquez pourquoi les fabricants de câbles à fibres optiques utilisent des âmes en verre à très haut indice entourées d'une gaine à faible indice.
- Le diamant a un indice de réfraction inhabituellement élevé (environ 2.42), ce qui lui confère un très petit angle critique (environ 24°). Expliquez pourquoi cela fait scintiller brillamment un diamant bien taillé : la lumière entrant par le haut a tendance à se refléter plusieurs fois entièrement en interne avant de sortir.
La physique derrière cette expérience
Angle critique pour une réflexion interne totale
La lumière voyageant d'un milieu plus dense (n₁) vers un milieu moins dense (n₂ < n₁) se reflète totalement en interne pour tout angle d'incidence au-delà de l'angle critique θ_c = asin(n₂/n₁). Au-delà de cet angle, aucune lumière ne transmet – réflexion 100%.