Lois de la réflexion de la lumière en physique-chimie Seconde - Vision et image

• 1 Rayon incident : rayon lumineux qui arrive sur la surface
• 2 Rayon réfléchi : rayon lumineux qui repart après avoir touché la surface
• 3 Point d'incidence : point de contact entre le rayon incident et la surface
• 4 Normale : droite perpendiculaire à la surface au point d'incidence

L'angle d'incidence i est égal à l'angle de réflexion r.

Les angles sont mesurés par rapport à la normale.

• 1 Angle d'incidence (i) : angle entre le rayon incident et la normale
• 2 Angle de réflexion (r) : angle entre le rayon réfléchi et la normale
• 3 Les deux angles sont mesurés dans le plan d'incidence
• 4 Les angles sont toujours positifs et inférieurs à 90°

Se produit sur une surface lisse et plane.

Les rayons incidents parallèles restent parallèles après la réflexion.

Respecte strictement les lois de la réflexion.

Exemples : miroir plan, surface de l'eau calme.

Se produit sur une surface rugueuse.

Les rayons incidents parallèles sont diffusés dans toutes les directions.

Chaque rayon respecte les lois de la réflexion localement.

Exemples : papier, mur, tissu.

• 1 Image virtuelle : ne peut pas être recueillie sur un écran
• 2 Droite : le haut reste en haut, le bas en bas
• 3 Droite gauche : inversion droite/gauche
• 4 Même taille : l'image a la même taille que l'objet
• 5 À la même distance : l'image est à la même distance derrière le miroir que l'objet est devant

Pour construire l'image d'un point A dans un miroir plan :

1. On trace deux rayons lumineux partant de A
2. On applique les lois de la réflexion à chaque point de contact
3. On prolonge les rayons réfléchis en pointillés
4. L'intersection des prolongements donne la position de l'image A'

• 1 Miroirs de toilette
• 2 Rétroviseurs de voiture
• 3 Miroirs de sécurité dans les magasins
• 4 Lunettes anti-éblouissement

• 1 Télescopes réflecteurs
• 2 Periscopes
• 3 Lasers (miroirs de cavité)
• 4 Instruments optiques

Un télescope réflecteur utilise un miroir concave pour collecter la lumière.

La lumière provenant d'objets célestes est réfléchie par le miroir principal.

Les lois de la réflexion permettent de concentrer la lumière en un point focal.

Un second miroir redirige la lumière vers l'oculaire.

• Moins de défauts optiques que les lentilles
• Moins coûteux pour de grands diamètres
• Aucune aberration chromatique
• Possibilité de construire de très grands télescopes

Un periscope est constitué de deux miroirs placés à 45°.

Le premier miroir capte la lumière provenant de l'extérieur.

La lumière est réfléchie selon les lois de la réflexion.

Le second miroir redirige la lumière vers l'œil de l'observateur.

Applications : sous-marins, observation en sécurité.

• Kaleidoscope (jeu de miroirs)
• Systèmes d'imagerie médicale
• Projecteurs de cinéma
• Systèmes d'éclairage automobile

Les lunettes anti-éblouissement filtrent la lumière polarisée horizontalement.

Elles bloquent la lumière réfléchie par des surfaces horizontales (eau, route, neige).

Cette lumière réfléchie est polarisée selon les lois de la réflexion.

Elles améliorent le confort visuel et la sécurité.

• Conduite automobile
• Activités nautiques
• Neige et montagne
• Protection professionnelle

Pour voir un objet réfléchissant, la lumière doit suivre un chemin spécifique :

1. La lumière éclaire l'objet
2. L'objet réfléchit la lumière selon les lois de la réflexion
3. La lumière réfléchie atteint l'œil de l'observateur
4. Le cerveau interprète le signal lumineux

Les objets réfléchissants n'ont pas de couleur propre.

Ils réfléchissent la lumière qui les éclaire.

Leur aspect dépend de la lumière incidente et de l'angle d'observation.

• 1 Un miroir plan
• 2 Une source lumineuse (lampe torche ou laser)
• 3 Un rapporteur ou un demi-cercle gradué
• 4 Du papier blanc
• 5 Un crayon
• 6 Une règle

1. 1 Poser le miroir sur le papier
2. 2 Tracer la normale au point d'incidence
3. 3 Diriger un rayon lumineux vers le miroir
4. 4 Marquer le rayon incident et le rayon réfléchi
5. 5 Mesurer les angles d'incidence et de réflexion
6. 6 Vérifier que i = r

La deuxième loi de la réflexion indique que l'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion.

L'angle de réflexion est de 35°.

Le schéma montre :

• Un miroir plan horizontal
• Une normale perpendiculaire au miroir
• Un rayon incident qui arrive avec un angle de 35° par rapport à la normale
• Un rayon réfléchi qui repart avec un angle de 35° par rapport à la normale
• Les deux angles sont égaux

Quand le miroir tourne de 10°, la normale tourne aussi de 10°.

Le rayon incident, par rapport à la nouvelle normale, a maintenant un angle de 35° + 10° = 45°.

Par la loi de la réflexion, le rayon réfléchi a aussi un angle de 45° par rapport à la nouvelle normale.

Par rapport à la direction originale du rayon incident, le rayon réfléchi a tourné de 2 × 10° = 20°.

Le rayon réfléchi varie de 20°.

Le rayon incident, le rayon réfléchi et la normale sont dans le même plan.

L'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion : i = r

• Réflexion spéculaire (surfaces lisses)
• Réflexion diffuse (surfaces rugueuses)

• Miroirs plans et objets réfléchissants
• Télescopes réflecteurs
• Periscopes
• Lunettes anti-éblouissement