TP1: découverte et mesure des lois de Descartes à l'interface d'un dioptre plan

ce premier TP de votre enseignement d'Optique est absolu et fondamental

il va vous permettre de réaliser par la pratique la loi de l'optique géométrique à la base de toute l'instrumentation: miroirs, lentilles, microscope, télescope etc ...

issus d'un rayon incident, il s'agit du comportement des rayons réfléchi et réfracté par la surface de séparation d'un dioptre

rayon: direction suivi par l'onde de lumière, qui se propage en ligne droite dasn les milieux transparents et homogène ( en densité, en température, en composition chimique)

dioptre: coexistence de deux milieux transparents différents

incident: qui arrive sur la surface de séparation du dioptre

réfléchi: qui revient dans le le milieu d'incidence

réfracté: qui passe dans le second milieu


matériel utilisé ... il s'agit d'une platine à réfraction composée ( fig 1 ci-dessus)

- d'une lanterne munie d'une lentille de focalisation et d'une fente d'éclairage

- d'un plateau circulaire dont le pourtour est gradué ( limbe) en ° et qui constitue le plan
  d'incidence du rayon issu de la lanterne

- d'un hémicylindre de plexiglas transparent à la lumière


les mesures....elles reviennent après réglage de l'ensemble à mesurer les angles i i' et r commis par les trois rayons par rapport à la normale au dioptre ( droite 00 de la figure 1)

conventions de signe... les angles mesurés par rapport à la normale sont positif dans le sens trigonométrique, sinon négatifs

observation: lorsqu'on tourne le plateau, le rayon incident s'écarte de la normale 00 ainsi que le rayon réfléchi et le rayon réfracté, les trois rayons restant dans le plan d'incidence

résultats ...ils sont transcrits graphiquement sur la figure 2 dans un diagramme " 4 quadrants"

on remarquera que i' = -i et que r n'est pas proportionnel à i et atteint une valeur limite d'environ 41,5°

Conclusion: ces mesures élémentaires ne permettent de conclure une loi qu'entre i et i', pas encore entre i et r...il faudra effectuer d'autres recherches

première loi de Descartes: les rayons incidents et réfléchis, compris dans le plan d'incidence sont symétriques par rapport à la normale   i' = -i  ou en valeur absolue  i' = i


seconde loi de Descartes: les rayons incidents et réfractés compris dans le plan d'incidence commettent des angles différents par rapport à la normale   i et r  non égaux

--> semaine 38: nous pousserons plus nos investigations sur l'angle r et nous changerons de milieu de réfraction afin de mettre en évidence l'indice de réfraction et de mieux comprendre te complèter la seconde loi de Descartes

exercice 1:

Pa = Ea /delta t avec Ea = 60 10⁹J et delta t = 2h=7200s
 => Pa = 60.10⁹/7200 =8.3310⁶ W = 8,33MW            
      Pa = 8,33 MW

rendement: éta = Pu/Pa => éta = 7,8/8,33 = 0,936
      éta = 0.94

exercice 2:

Ea = Pa.(delta t) => Ea = 12 103.35 = 420 10³J = 420 kJ

Eu = éta.Ea = 0,86. 420= 361 kJ

conservation de l'énergie => Ep = Ea - Eu = 59 kJ

exercice 3:

je nomme t_i l'instant initial de chaque phase et t_f l'instant final

je calcule les valeurs de l'énergie en calculant l'aire de la phase sur le diagramme ( t ; p)

pour les 3 premières phases il s'agit de l'aire d'un rectangle,

pour la quatrième, il s'agit de l'aire d'un triangle


tableau des phases        phase  k   t_f   t_i  delta t= tf - ti   puissance   énergie absorbée Ea
 ligne des unités                           (min)            (s)              kW                   kJ

                                          1        0   2            120            20                 2400    

                                          2        2  10           480              8                 3840

                                          3      10  12            120            13                 1560

                                          4      12  14            120         13/2= 6,5          780

l'énergie absorbée totale est la somme Ea = somme Ek soit ici Ea = 8580 kJ


la puissance moyenne absorbée vaut donc  Ea / durée du cycle 

                                        soit <p> = 8580 / (14.60) = 10,2 kW

la nouvelle promotion des MAI de notre lycée a été "adoubée" cet après-midi...elle est baptisée Gustave Eiffel

pour l'occasion j'ai confectionné une carte d'adhésion à l'association MATISSE qui anime la vie culturelle de cette section ...

                      Gustave Eiffel



                                                                                                   graphisme JMB

BONNE ROUTE et BON VENT à nos nouveaux étudiants qui seront dignes de l'héritage de leurs prédécesseurs: la promo ARCHIMEDE qui a reçu ses diplômes et la promo Léonard de Vinci qui  prépare les siens en seconde année et qui s'annonce sous de bonnes augures