Imaginez une cuillère placée dans un demi-verre d'eau. La cuillère semble se plier à la limite air-eau. C'est parce que les rayons de lumière qui atteignent vos yeux sous l'eau changent de direction lorsqu'ils passent dans l'air. Ce phénomène est connu sous le nom de réfraction. Il y a plusieurs facteurs qui déterminent à quel angle un rayon lumineux se courbera en passant d'un milieu à un autre.

Angle d'incidence

Si un rayon lumineux passe d'un milieu à un autre - de l'air au verre par exemple - perpendiculaire à la surface entre les médias, il ne change pas de direction, il passe à travers. Si, cependant, il frappe la surface d'un angle à la perpendiculaire, il change de direction à mesure qu'il se déplace dans le second milieu. L'angle que fait le rayon lumineux avec la perpendiculaire dans le premier milieu s'appelle l'angle d'incidence. L'angle que fait le rayon lumineux avec la perpendiculaire dans le second milieu s'appelle l'angle de réfraction. La relation entre l'angle d'incidence (i) et l'angle de réfraction (r) est donnée par la loi de Snell: sin (r) /sin (i) = ni /nr, où ni est l'indice de réfraction du premier milieu et nr est l'indice de réfraction du second milieu. Pour une paire de média fixe, ni /nr est fixe. Il est donc clair que lorsque l'angle d'incidence i change, l'angle de réfraction r change aussi.

Indices de réfraction

D'après la loi de Snell, vous pouvez voir que l'angle de réfraction dépend de le rapport ni /nr des indices de réfraction des deux milieux. Si nr est supérieur à ni - par exemple lorsque la lumière passe de l'air (ni = 1,0) au verre (ni = 1,5) - l'angle de réfraction est plus petit que l'angle d'incidence, c'est-à-dire que le rayon lumineux se courbe vers le perpendiculaire à la surface entre les deux milieux lorsqu'il traverse le second milieu. Si nr est plus petit que ni, le rayon lumineux entrant dans un autre milieu s'éloigne de la perpendiculaire à la surface entre les deux milieux.

Longueur d'onde de la lumière

L'angle de réfraction dépend aussi de la longueur d'onde de la lumière. La lumière visible de différentes couleurs a des longueurs d'onde différentes et des indices de réfraction légèrement différents. La différence est si petite que vous ne la voyez pas quand la lumière blanche passe à travers une plaque de verre par exemple. Mais lorsque la lumière blanche traverse un prisme et est réfractée deux fois sur les deux surfaces, chaque couleur se plie sous un angle différent et vous pouvez voir clairement les couleurs séparées.

Anisotropie

Dans certains cas particuliers , l'indice de réfraction dans un milieu peut dépendre de la direction dans laquelle la lumière traverse le milieu. Certains cristaux minéraux ont deux indices de réfraction distincts dans deux directions et sont connus sous le nom de matériaux biréfringents. Par exemple, la tourmaline est un cristal avec deux indices de réfraction: 1,669 et 1,638. Pour ces matériaux, l'angle de réfraction dépend de l'orientation de la limite entre les milieux avec les axes spéciaux du cristal.