Transparence et réfraction

Nous savons que la lumière peut traverser certains milieux: l'air, l'eau, le verre, le cristal, certains plastiques, l'ambre, ...

Elle les traverse à des vitesses différentes; ces vitesses dépendent du milieu considéré, mais aussi de la longueur d'onde de la lumière.

Ainsi, une lumière jaune de longueur d'onde 0,589 m traverse le verre ordinaire à une vitesse de 197 621 km/sec. Le rapport

vitesse dans le vide / vitesse dans un milieu donné

est appelé "indice de réfraction" de ce milieu. Il varie donc lui aussi selon la couleur de la lumière: pour le jaune ci-dessus, il est de

299 792 / 197 621 = 1,517

Réfraction

Ce n'est pas pour rien que l'indice ci-dessus est appelé "indice de réfraction". En effet, lorsque la lumière passe d'un milieu à l'autre, elle subit une déviation, liée précisément à la modification de sa vitesse: c'est la réfraction.

Le rayon lumineux incident forme un angle i1 avec la perpendiculaire à la surface de séparation. En pénétrant dans le milieu 2, il voit son angle devenir i2. Un cercle de rayon 1 a été dessiné pour permettre de visualiser les sinus des angles, car les grandeurs en présence sont liées par la formule
n1 . sin i1 = n2 . sin i2

Dans l'exemple de cette figure,
sin i1 / sin i2 = 1,48.
L'indice n2 est donc 1,48 fois plus grand que n1. Le rayon voyage donc 1,48 fois plus vite dans le milieu 1 que dans le milieu 2.

Comme indiqué à propos de la perception, la réfraction est à l'origine de signaux trompeurs, susceptibles de fausser notre vision du monde. Exemple de la latte plongée dans une cuve d'eau: