LA REFRACTION

Nous pouvons expliquer facilement la réfraction en considérant non pas un rayon unique (ce qui est une simplification sans réalité) mais une onde plane arrivant sur un milieu d'indice de réfraction n. L'indice de réfraction est défini comme le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide et de la vitesse de la lumière dans le milieu considéré. Pour le verre par exemple n = 3/2. Cela signifie que la vitesse de la lumière dans le verre est v = 2c/3 = 200000 km/s. Pour l'eau, l'indice de réfraction est n = 4/3. La vitesse de la lumière dans l'eau est donc de 225000 km/s. L'indice de réfraction de l'air est voisin de 1. Il dépend des conditions physiques.

Observons une onde arrivant sur une surface d'eau par exemple :

L'onde lumineuse est en phase dans des plans perpendiculaires à la direction de propagation (ligne en pointillés bleus). Quand l'onde arrive en B, le plan BD est en phase. Mais la longueur DA va être parcourue à la vitesse c (en supposant que l'indice de l'air est 1), alors que la longueur BC va être parcourue à la vitesse c/n. Le nouveau plan d'égales phases sera donc AC. A partir de là l'onde continuera son chemin comme une onde plane dont les plans d'égales phases seront toutefois un peu plus rapprochés.

Calculons de combien l'onde s'est infléchie en changeant de milieu :

BC = ct/n = AB sin r
DA = ct= AB sin i

Où t est le temps que la lumière met à parcourir DA.
En faisant le rapport de ces deux expressions, nous obtenons :

sin i = n sin r