Principe d'un mirage

 

 

 

        Un milieu optique est caractérisé par un indice de réfraction, qui détermine la vitesse de la lumière dans ce milieu. Plus cet indice est élevé, plus la lumière se propage lentement dans ce milieu. L'indice de réfraction de l'air dépend de sa densité et donc de sa température. Plus la densité ou la température est élevée, et plus l'indice est faible. La loi fondamentale de l'optique géométrique, le principe de propagation rectiligne de la lumière, n'est valable que dans un milieu homogène dans lequel l'indice de réfraction est le même partout. Plus généralement, le chemin emprunté par la lumière est celui pour lequel le temps de parcours est extrémum (minimum ou maximum) : c'est le principe de Fermat, dont découlent les lois de Descartes sur la réfraction.

 

 

 

Principe de Fermat


       Fermat, mathématicien français (1601-1665), a mis en place un principe : "pour aller d'un point à un autre, un rayon lumineux suit toujours le chemin qui lui prend le moins de temps". En effet, dans un milieu transparent et homogène, la lumière se propage en ligne droite, puisque c'est le chemin le plus rapide pour relier deux points quelconques. 

 


Loi de Descartes


       Lorsqu'un faisceau lumineux passe d'un milieu à un autre, une partie est réfléchie, l'autre est déviée. La déviation du faisceau de lumière est due à la réfraction. En effet, la vitesse étant différente d'un milieu à un autre, le chemin qui prend le moins de temps n'est plus la ligne droite, mais une ligne brisée à l'interface des deux milieux. Ainsi, grâce à la loi de Descartes, on peut calculer l'angle de réfraction avec la relation : n1 x sin i1 = n2 x sin i2 avec n1 et n2 les indices respectifs du premier et du deuxième milieu, i1 l'angle d'incidence, et i2 l'angle de réfraction.

 


 

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       Pour illustrer le principe d'un mirage, nous avons dirigé un laser dans l'eau, nous avons pu observer que le rayon lumineux est dévié en passant de l'eau à l'air, car l'indice de l'air diffère de celui de l'eau : le rayon apparaît alors "brisé". Si l'indice de réfraction du  milieu varie régulièrement d'un point à un autre, les rayons lumineux ne suivent plus une trajectoire rectiligne mais une courbe.

 

 

 

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Expérience du 5 janvier 2012, pour plus d'images :Expériences sur les mirages  

 

 

→ Mirage inférieur

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