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La lumière est une onde électromagnétique. Dans le vide, elle se propage à c = 3,00 × 10⁸ m/s (à peine moins vite dans l'air) et, comme toute onde, elle obéit à c = f·λ. La lumière visible a des longueurs d'onde d'environ 400 nm à 750 nm : le rouge a la plus grande longueur d'onde et la plus basse fréquence, le violet la plus petite longueur d'onde et la plus haute fréquence.

En optique géométrique, on modélise la lumière par des rayons rectilignes, qui changent de direction sur un miroir ou à la frontière entre deux matériaux. Sur un miroir, l'angle de réflexion est égal à l'angle d'incidence, tous deux mesurés par rapport à la normale. Une surface lisse à l'échelle de la longueur d'onde donne une image nette ; une surface rugueuse diffuse la lumière dans toutes les directions (réflexion diffuse).

La lumière blanche est un mélange assez uniforme de toutes les longueurs d'onde visibles. Comme l'indice de réfraction d'un matériau dépend de la longueur d'onde, chaque couleur est réfractée différemment : c'est la dispersion. Dans le verre et l'eau, l'indice est plus grand pour les courtes longueurs d'onde, donc le violet est plus dévié que le rouge. Un arc-en-ciel se forme quand la lumière du Soleil est réfractée en entrant dans une goutte de pluie, réfléchie sur sa face arrière, puis réfractée à nouveau en sortant.

Expérience: Vérifier la loi de la réflexion

1. Trace une droite en travers de la feuille et pose le miroir dessus, face réfléchissante le long de la droite.
2. Trace la normale : une droite à 90° de la droite du miroir, au milieu de la page.
3. Envoie un rayon étroit le long de la feuille pour qu'il touche le miroir exactement au pied de la normale.
4. Marque le rayon incident et le rayon réfléchi avec deux points de crayon chacun, puis retire le miroir et trace les rayons à la règle.
5. Mesure l'angle d'incidence i et l'angle de réflexion r par rapport à la normale.
6. Recommence pour au moins cinq angles (par exemple 15°, 30°, 45°, 60°, 75°) et trace r en fonction de i.

Angle d'incidence i (°)	Angle de réflexion r (°)	Écart r − i (°)
15
30
45
60
75

Questions

1. Énonce la loi de la réflexion et trace un schéma annoté des rayons (rayon incident, rayon réfléchi, normale, i et r).

2. Calcule la fréquence d'une lumière rouge de λ = 700 nm.

3. Explique, à l'aide de l'indice de réfraction, pourquoi un prisme étale la lumière blanche en un spectre.

4. Tes résultats : a-t-on r = i ? Donne deux sources d'erreur de ton expérience et comment les réduire.

Sources de chaque fait de cette fiche: echoesof.science/school/fr/light/sources/

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