Qui a tord, qui a raison ?





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date de publication23.02.2018
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Propagation de la lumière

Qui a tord, qui a raison ?



Jokers utilisés :


La situation déclenchante :

Une série de scientifiques ont travaillé sur la réfraction de la lumière : c’est le changement de direction qu’elle subit à la traversée de la surface de séparation entre deux milieux transparents.
Exemples :

m:\images\glass_of_water.jpg

m:\images\905abstract_refraction_green-med.jpg

Des explications ont été fournies par des savants pour expliquer ce phénomène.

Parmi les savants suivants : Claude Ptolémée, Robert Grossetête, Johannes Kepler et René Descartes, pouvez-vous dire qui a tord et qui a raison ?


  • Les supports de travail :

Doc 1 : Faisceau laser sur un aquarium :

numériser0002

réfraction eau.tif


Doc 2 : Description du phénomène observé dans le Doc 1

faisceau

incident

faisceau

réfléchi

faisceau

réfracté
i1, r et i2 sont des angles
i1 : angle d’incidence


Surface

de réfraction
r : angle de réflexion

i2 : angle de réfraction
Doc 3 : Hypothèses faites par les différents savants :

http://www.anthropologieenligne.com/images/ptolemee.jpg

Claude PTOLÉMÉE, (II e siècle après JC)

Claudius Ptolemaeus, communément appelé Ptolémée était un astronome et astrologue grec qui vécut à Alexandrie (aujourd’hui en Égypte). Il est également l’un des précurseurs de la géographie.

Ptolémée fut l’auteur de plusieurs traités scientifiques.

Il s'est livré à des commentaires d'ordre qualitatif et a observé que :
a. Le rayon incident et le rayon réfracté sont situés dans un plan perpendiculaire à la surface de réfraction.

b. Les rayons perpendiculaires à la surface de séparation ne sont pas réfractés.



Robert GROSSETÊTE

Maître des études à l’université d’Oxford (1168-1253), fut l'un des pionniers de la méthode expérimentale en affirmant : l'expérimentation est le meilleur moyen de l'étude de la réflexion et de la réfraction de la lumière.

S'appuyant sur les traités d'optique d’Ibn al-Haytham, il étudie les rayons directs, les rayons réfléchis, les rayons déviés. Il s'intéresse à la formation de l'arc-en-ciel et travaille sur les lentilles et les miroirs
La loi de la réfraction qu'il a proposée est :

L'angle de réfraction est égal à la moitié de l'angle d'incidence.http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/archive/d/de/20050507160945%21grosseteste-color.png


fichier:johannes kepler 1610.jpg


Johannes KEPLER

Physicien allemand (1571-1630) était convaincu que la bonne équation devait prendre la forme d’une fonction trigonométrique. Il n’a pas découvert cette équation mais a proposé :
L’angle de réfraction est proportionnel à l’angle d'incidence pour des valeurs d'angles petites.



René DESCARTES

Philosophe et savant français (1596-1650)

On lui attribue la loi de la réfraction (1637) qui fait intervenir le sinus de l’angle d’incidence (sin i1) et le sinus de l’angle de réfraction (sin i2).

Cette loi affirme que le rapport sin i1 / sin i2 est constant lorsque la lumière passe d'un milieu transparent à un autre.

Remarque: Quelques années avant Descartes, un physicien hollandais nommé Snell avait également affirmé la même chose fichier:frans hals - portret van rené descartes.jpg


Doc 4 :

Figure correspondant au dispositif expérimental que vous allez utiliser.


i1 angle lu au-dessus

de l’eau

i2 angle de réfraction lu dans l’eau

eau

air

Source de lumière



  • Les consignes :




  1. Les arguments des 4 scientifiques sont-ils vrais ou faux ? Dans chaque cas, justifiez votre réponse en effectuant des mesures d’angles et les calculs nécessaires. Vous pourrez rassembler vis résultats dans des tableaux.

  2. Expliquer ce que vous observez sur les deux images observées en introduction.

  3. Préciser l’intérêt d’utiliser un demi-cylindre et dans le sens proposé c'est-à-dire avec la face plane en avant.

  4. Tracer la courbe représentant le sinus de l’angle d’incidence en fonction du sinus de l’angle de réfraction.

  5. Comment est la courbe que vous avez tracée précédemment ? Déterminer son équation en vous aidant par exemple à l’aide d’un tableur dont le mode d’emploi peut vous être donné (Généris)


  • Les compétences travaillées :













La démarche scientifique










Rechercher, extraire et organiser l’information utile.










Mettre en œuvre un raisonnement (identifier un problème, formuler des hypothèses, les confronter aux constats expérimentaux et exercer son esprit critique).










Mobiliser des connaissances.










Travailler en équipe.










Présenter la démarche suivie et les résultats obtenus.










L'approche expérimentale










Élaborer et mettre en œuvre un protocole.










Faire les schématisations et les observations correspondantes.










Réaliser et analyser les mesures, en estimer la précision et écrire les résultats de façon adaptée.










Confronter théorie et expérience. Confronter ses représentations avec la réalité










Développer son esprit d'initiative, sa curiosité et son  sens critique.













  • PTOLEMEE

Si les rayons ne sont pas réfractés, est-il possible d'observer de la lumière sortant du demi-cylindre d’eau ?



  • GROSSETETE

Quelle que soit la valeur de l'angle d'incidence i1 que vous choisissez alors i2 = i1 / 2



  • KEPLER

Si l'angle d'incidence i1 ne prend pas des valeurs trop importantes alors vérifier que le rapport i2 / i1 est constant.



  • DESCARTES

Vous devez choisir plusieurs valeurs différentes pour l'angle d'incidence i1 et mesurer à chaque fois la valeur de l'angle de réfraction i2 correspondante.

Regroupez ensuite vos mesures dans le tableau suivant et effectuer les calculs demandés.

i1

10

20

40

60

80

i2
















sin i1
















sin i1



































  • PTOLEMEE

Si les rayons ne sont pas réfractés, est-il possible d'observer de la lumière sortant du demi-cylindre d’eau ?



  • GROSSETETE

Quelle que soit la valeur de l'angle d'incidence i1 que vous choisissez alors i2 = i1 / 2



  • KEPLER

Si l'angle d'incidence i1 ne prend pas des valeurs trop importantes alors vérifier que le rapport i2 / i1 est constant.



  • DESCARTES

Vous devez choisir plusieurs valeurs différentes pour l'angle d'incidence i1 et mesurer à chaque fois la valeur de l'angle de réfraction i2 correspondante.

Regroupez ensuite vos mesures dans le tableau suivant et effectuer les calculs demandés.

i1

10

20

40

60

80

i2
















sin i1
















sin i1

































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