Prise en main du module

Lorsque le module  « Descartes: réflexion et réfraction de la lumière » est ouvert, vous avez à votre disposition dans la fenêtre sur fond noir :
· un disque gradué en degré,
· un demi-disque représentant un milieu transparent d'indice n,
· Un cercle gris représentant une lampe : le rayon lumineux issu de ce cercle  représente la lumière émise par cette lampe.

1. Déplacement de la source

Déplacer à l'aide de la souris la position de la source lumineuse et constater que le rayon lumineux est toujours dirigé vers le centre du demi-disque. La source peut faire le tour complet.

Application :  Positionner la source de telle sorte que le rayon fasse un angle de 70 degrés avec la normale extérieure au demi-disque (trait pointillé). Lire l'angle de réfraction.

2. Changement de la couleur de la lumière émise par la source
 
Cliquer une fois sur l'icône « Source lumineuse ». Il apparaît une fenêtre (pour refermer cette fenêtre, il suffit de cliquer sur sa barre bleue).
Le bouton « Monochromatique » est activé (point noir en son centre). Déplacer le curseur entre les deux zones colorées. Constater l'effet d'un tel déplacement du curseur :
· La couleur utilisée pour tracer le rayon lumineux est modifiée.
· La longueur d'onde de la radiation correspondante à cette couleur est indiquée à gauche du curseur : l = 653 nm par exemple.
· Constater que l'on ne peut pas atteindre facilement la longueur d'onde 550 nm exactement. Pour un réglage fin, utiliser les boutons de gauche ou de droite qui ajustent la longueur d'onde à 1 nm près.

Application : Pour un angle d'incidence de 70 degrés, mesurer l'angle de réfraction dans le cas d'une longueur d'onde de 400 nm, puis de 600 nm (exactement) puis de 800 nm. Les variations de l'angle de réfraction mettent en évidence que l'indice de réfraction du milieu constituant le demi-disque dépend de la longueur d'onde.

3. Autres sources de lumière

3.a. On peut simuler une source lumineuse émettant une lumière blanche. Pour cela, cliquer sur le bouton « Lumière polychromatique blanche ». Le rayon incident est tracé en blanc et dans le demi-disque, la zone irisée représente la dispersion de la lumière du faisceau réfracté. 

Application : Constater que les radiations de petites longueurs d'onde (représentées par des rayons bleus) sont plus déviées que les radiations de grandes longueurs d'onde (représentées par des rayons rouges).

3.b. On peut également sélectionner une source émettant un rayonnement constitué uniquement de 5 radiations, en cliquant sur le bouton « 5 radiations ».

Application : Observer le comportement des rayons lumineux pour différentes positions de la source. Pour chaque position de la source, quelle est la radiation la plus déviée ?

4. Modification du milieu constituant le demi-disque

4.a. Cliquer sur l'icône « Demi disque ». La nature du milieu (Verre Crown) est affichée dans la fenêtre. Elle peut être modifiée. Pour cela, utiliser le menu déroulant. Il apparaît le nom d'autres milieux. Cliquer dans « eau » : le demi-disque est à présent supposé être constitué d'eau. 

Application : Positionner le rayon incident sur 65°. Sélectionner les différents milieux proposés (note : l'option « Autre » concerne le professeur).
Pour quel milieu, le rayon incident est-il le plus dévié ?
Pourquoi le rayon incident n'est-il pas dévié dans l'air ?

4.b. Dans la fenêtre « Demi disque », est indiqué également l'indice de réfraction du milieu considéré, pour la longueur d'onde affichée dans la fenêtre « Source lumineuse ».

Application : Faire en sorte que les deux fenêtres « Demi-disque » et « Source lumineuse » soient ouvertes. 
· Pour le verre flint, sélectionner la lumière monochromatique et faire varier le curseur de modification des longueurs d'onde. Constater la variation de l'indice de ce verre, en fonction de la longueur d'onde. 
· Positionner la source lumineuse sur 85°. Quelle est la conséquence, sur l'angle de réfraction, de cette variation de l'indice en fonction de la longueur d'onde ?
· Sélectionner successivement les autres matériaux proposés. Quel est celui pour lequel l'indice varie le plus en fonction de la longueur d'onde ? Sélectionner la lumière polychromatique blanche et constater que ce matériau correspond à celui qui disperse le plus la lumière, en le comparant aux autres matériaux.

5. Modification du milieu extérieur

Cliquer sur l'icône « Milieu extérieur ».
Il s'ouvre une fenêtre identique à celle du demi-disque, mais qui agit sur la nature du milieu extérieur au demi-disque. Cliquer sur le nom du matériau, puis sélectionner « eau ». Le milieu extérieur est à présent supposé être de l'eau.

Application : Supposons que l'on veuille étudier un demi-disque de verre Crown immergé dans de l'eau, éclairé par une radiation dont la longueur d'onde est 490 nm avec un angle d'incidence de 60 degrés. On veut connaître l'angle de réfraction.
•	 Effectuer les réglages nécessaires (on trouve un angle de réfraction de 50 degrés).
•	 Comparer à présent cette valeur avec celle obtenue pour le même demi-disque, éclairé par la même radiation, avec la même incidence, mais placé dans « l'air ».

6. Le rapporteur

Pour mesurer un angle précisément, on peut utiliser un rapporteur.
Cliquer sur l'icône « mesurer un angle ».
Utiliser les doubles flèches de rotation à droite du rapporteur pour aligner la base du rapporteur avec l'un des côtés de l'angle que l'on veut mesurer.
Positionner la tige bleue du rapporteur, en déplaçant la boule bleue qui la surmonte, sur l'autre côté de l'angle. Lire la valeur de l'angle dans la fenêtre « Rapporteur ».

Application : Mesurer l'ange de déviation  d'un rayon lumineux lors de la traversée de la surface de séparation.
Simuler les conditions suivantes :
· radiation monochromatique de longueur d'onde 700 nm,
· demi-disque de Verre Flint,
· Milieu extérieur Air,
· Angle d'incidence 50 degrés.

On trouve une déviation de 21,2 degrés qui correspond à la différence entre l'angle d'incidence et l'angle de réfraction.

7. Option d'affichage

En cliquant sur l'icône « Options d'affichage », on fait apparaître une fenêtre qui permet d'ajuster :
· la couleur (noire ou blanche) du fond de l'écran,
· le fléchage ou non des rayons (cliquer dans 
« Sens de propagation » pour faire apparaître ou disparaître le fléchage des rayons).
· Le bouton « Miroir » permet d'utiliser ce même module pour étudier le comportement de la lumière non plus lors de la traversée d'un milieu transparent, mais lors de la réflexion sur un miroir.
· L'option « Réflexion partielle » permet de faire apparaître le rayon réfléchi par le demi-disque. 
En effet, lors d'une expérience réelle, un rayon réfléchi est toujours visible en plus du rayon réfracté étudié ici. Le faire apparaître sur cette simulation permet une meilleure représentation de la réalité. Ne pas le faire apparaître permet de ne pas visualiser un rayon que l'on ne souhaite pas étudier.

Application : Se mettre sur fond blanc, en lumière monochromatique pour une longueur d'onde de 590 nm. Sélectionner le milieu eau pour le demi-disque et positionner la source avec un angle d'incidence de 30 degrés.
Afficher la réflexion partielle.
Cliquer alternativement sur « Miroir » et sur « Demi-disque ». Que peut-on dire du rayon de réflexion partielle ? Pourquoi un paysage se reflète-t-il sur la surface d'un lac lorsque celle-ci est calme ?