Effet de la réfraction sur la fréquence : comment, pourquoi pas, faits détaillés

Dans cet article, nous discuterons de l'effet de la réfraction sur la fréquence, comment la fréquence est affectée par la réfraction, avec des faits détaillés.

Lorsqu'une onde se propage d'un milieu à un autre, la vitesse d'une onde change et, par conséquent, la longueur d'onde varie également. De ce fait, l'onde change sa direction de propagation en faisant un angle de réfraction.

Qu'est-ce que la réfraction ?

Une longueur d'onde de lumière, de son ou de toute vibration qui traverse l'intérieur du milieu est appelée réfraction.

Lors de la réfraction, la direction de l'onde change et se propage à un angle de réfraction dépendant de la densité, de la température et du gradient de pression du milieu.

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La réfraction affecte-t-elle la fréquence ?

Une onde d'une certaine amplitude se propageant à partir de deux milieux différents, le l'amplitude de la longueur d'onde varie en fonction de la densité du milieu traversé.

Si l'onde se déplace d'un milieu plus rare vers un milieu plus dense, la vitesse de l'onde diminue et l'amplitude de la longueur d'onde diminue également. La même chose est inversée lorsqu'une onde se déplace du milieu le plus dense vers le milieu le plus rare.

La vitesse de l'onde est donnée par l'équation

Vitesse=Fréquence*Longueur d'onde

v=f*λ

Lorsque la vitesse de l'onde augmente ou diminue, la longueur d'onde augmente ou diminue également respectivement, et donc la fréquence de l'onde reste inchangé.

Considérons une onde provenant de deux milieux différents. Soit n₂>n₁, que le second milieu soit plus dense que le milieu 1.

Lorsque l'onde se propage à partir du milieu 1 ayant un indice de réfraction n₁ au milieu 2 avec indice de réfraction n₂, la vitesse de l'onde diminue car le milieu 2 est plus dense que le milieu 1 et l'amplitude de l'onde diminue également. Là encore, au fur et à mesure que l'onde repasse dans le milieu précédent, c'est-à-dire d'un milieu plus dense à un milieu plus rare, la longueur d'onde et la vitesse de l'onde augmentent à nouveau. Dans le processus, la fréquence d'apparition des nœuds de l'onde reste la même.

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L'indice de réfraction affecte-t-il la fréquence ?

L'indice de réfraction détermine l'angle de réfraction lors du passage d'un milieu à un autre.

La vitesse de l'onde dans le milieu dépend de l'indice de réfraction de ce milieu, mais la fréquence de l'onde n'est pas affectée par l'indice de réfraction.

L'indice de réfraction du milieu est indiqué par l'équation comme

n = c/v

Si la vitesse de la lumière diminue en se propageant à partir du milieu alors cela implique que l'indice de réfraction est supérieur à 1.

Dans le vide, la vitesse de la lumière reste la même et donc l'indice de réfraction du vide est de un, et un rayon de lumière se déplace en faisant 180⁰ angle.

Si l'indice de réfraction du milieu est supérieur à 1 alors la longueur d'onde de l'onde diminue ; et en voyageant d'un milieu plus dense à un milieu plus rare, la longueur d'onde augmente, mais la fréquence de l'onde reste la même.

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La réfraction est-elle affectée par la fréquence ?

La fréquence de l'onde ne change pas après la réfraction.

L'indice de réfraction de l'onde est directement proportionnel à la permittivité du milieu et détermine la vitesse à laquelle l'onde peut se déplacer à travers le milieu. La permittivité dépend de la fréquence de la longueur d'onde dans le milieu.

Nous pouvons parler de la permittivité du milieu en fonction de la densité qui décide de manière significative de la vitesse de l'onde dans le milieu. Dans un milieu plus rare, la permittivité sera plus grande car la fréquence de la lumière sera réduite à mesure que la longueur d'onde augmentera. La vitesse de l'onde augmentera donc l'angle de réfraction sera plus.

Dans un milieu ayant moins de permittivité, la fréquence de l'onde se propageant à partir du milieu sera plus, donc la longueur d'onde sera moindre, la vitesse de l'onde diminuera et l'onde se réfractera à l'angle le plus petit. C'est dans le cas d'un milieu plus dense.

Pourquoi la réfraction n'affecte-t-elle pas la fréquence ?

La fréquence de l'onde se propageant à partir de différents milieux ne change pas.

L'énergie de l'onde est conservée avant et après la réfraction, ce qui implique que la fréquence de l'onde reste inchangée.

L'énergie associée à l'onde est donnée par l'équation

E=hf=hv/λ

Lorsque la vitesse de l'onde augmente ou diminue en fonction de la permittivité du milieu, la longueur d'onde de l'onde augmente ou diminue également respectivement, et par conséquent la fréquence reste inchangée.

La vitesse est directement proportionnelle à la longueur d'onde se propageant dans l'espace. Lors de la propagation à partir de milieux ayant des densités différentes, la vitesse, l'amplitude et donc la longueur d'onde de l'onde diffèrent, mais le nombre d'ondes se produisant par unité de temps reste le même même après réfraction.

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La fréquence affecte-t-elle l'angle de réfraction ?

L'angle de réfraction dépend de la variation de la vitesse de l'onde qui varie en se déplaçant d'un milieu à un autre.

En fonction de la densité du milieu, la vitesse de l'onde varie et dévie à un angle particulier lors de la réfraction.

Considérons qu'une onde lumineuse se propage de l'air au verre, l'indice de réfraction du milieu est donné par la loi de Snell comme

n_air/n_{en verre.}= péchéθ_r/péchéθ_i

L'indice de réfraction est directement proportionnel à la vitesse de l'onde dans différents milieux lors de sa propagation, puis

n_air/n_{en verre.}=v₂/v₁

Par conséquent,

v₂/v₁= péchéθ_r/péchéθ_i

L'angle de réfraction dépend de la vitesse de la lumière après réfraction et l'angle d'incidence dépend de la vitesse de la lumière incidente.

Comme la vitesse est le produit de la longueur d'onde et de la fréquence, on peut écrire

v₂/v₁= λ_2f/ λ_1f

La fréquence de la lumière reste la même après la réfraction, donc,

v₂/v₁= λ_2f/ λ_1f

Autrement dit,

péché_r/péchéθ_i=v₂/v₁= λ₂/ λ₁

Pour une longueur d'onde constante, la vitesse de l'onde augmentera en augmentant la fréquence de l'onde, et l'onde se réfractera à un angle plus grand après réfraction. Si la fréquence est inférieure, alors la vitesse de l'onde sera déduite et l'angle de réfraction sera plus petit.

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Foire aux Questions

La longueur d'onde de la lumière varie-t-elle dans le vide ?

La longueur d'onde de la lumière correspond directement à la vitesse de la lumière.

La vitesse de la lumière ne change pas lorsqu'elle se déplace dans le vide, c'est-à-dire v=c, d'où l'indice de réfraction n= c/v = 1. Comme v reste constant, la longueur d'onde est également constante.

La température affecte-t-elle la réfraction de la lumière ?

La réfraction de la lumière dépend de l'indice de réfraction, de la densité, de la permittivité du milieu et aussi de la température.

Si la température augmente, la densité du milieu diminue et la vitesse de l'onde dans le milieu augmente. Par conséquent, le rayon réfracté sera dévié en faisant un angle plus grand avec la normale.

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