Applications de la réflexion totale : fibre optique, fontaines lumineuses et mirages

Seconde générale · Physique-Chimie 2nde

À retenir

• Fibre optique : cœur d'indice n_c supérieur à celui de la gaine n_g ; la lumière est guidée par réflexions totales successives. • Fontaine lumineuse : la lumière reste piégée dans le jet d'eau (n = 1,33) entouré d'air. • Mirage chaud : l'air chaud près du sol a un indice plus faible ; les rayons venant du ciel se courbent vers le haut et le ciel semble se refléter sur le sol.

Le cours

Applications de la réflexion totale : fibre optique, fontaines lumineuses et mirages La réflexion totale trouve des applications technologiques et naturelles majeures : • La fibre optique à saut d'indice : - Fil de verre de haute pureté ou de plastique très fin, constitué d'un cœur d'indice n_c entouré d'une gaine d'indice n_g. - Condition technologique stricte : n_c > n_g - La lumière injectée à l'entrée avec un angle adéquat frappe l'interface cœur-gaine avec un angle d'incidence i > i_lim. Elle subit une succession ininterrompue de réflexions totales sans perte d'énergie, permettant de transmettre des données internet à très haut débit sur des milliers de kilomètres. • Guidage dans un jet d'eau (fontaines lumineuses) : La lumière injectée dans un jet d'eau qui s'écoule (n_eau = 1,33) reste emprisonnée dans le filet d'eau face à l'air (n_air = 1,00) par réflexion totale et suit la courbure parabolique du jet. • Mirages thermiques sur les routes : Par temps très chaud, l'air au contact du bitume surchauffé est beaucoup plus chaud et moins dense (indice n plus faible) que l'air supérieur plus froid. Les rayons lumineux venant du ciel sont progressivement courbés vers le haut puis subissent une réflexion totale rasante, faisant miroiter le bleu du ciel au sol comme une flaque d'eau. Astuce et méthode clé Fibre optique : Cœur d'indice plus ÉLEVÉ que la gaine (n_cœur > n_gaine). Piège classique à éviter Dans une fibre optique, ce n'est pas un miroir métallique qui réfléchit la lumière, mais le phénomène de réflexion totale dioptrique à 100 % d'efficacité.

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