La réflexion de la lumière

1. Qu'est-ce que la réflexion ?

Quand la lumière arrive sur la surface qui sépare deux milieux (par exemple l'air et un miroir), une partie de cette lumière revient dans le milieu d'où elle vient. Ce phénomène s'appelle la réflexion.

On distingue deux cas :

C'est la réflexion diffuse qui nous permet de voir les objets qui ne produisent pas de lumière : le cahier, le tableau, le visage d'un camarade. Chaque point de l'objet renvoie un peu de lumière vers nos yeux.

Un miroir plan est une surface plane, très bien polie, qui réfléchit presque toute la lumière de façon spéculaire. En général, c'est une plaque de verre recouverte au dos d'une fine couche métallique.

2. Le vocabulaire de la réflexion

On envoie un rayon lumineux fin sur un miroir plan. On appelle :

• rayon incident : le rayon qui arrive sur le miroir ;
• point d'incidence I : le point où le rayon touche le miroir ;
• normale : la droite perpendiculaire au miroir au point I (on la trace en pointillés) ;
• rayon réfléchi : le rayon renvoyé par le miroir ;
• angle d'incidence i : l'angle entre le rayon incident et la normale ;
• angle de réflexion r : l'angle entre le rayon réfléchi et la normale ;
• plan d'incidence : le plan qui contient le rayon incident et la normale.

Attention : les angles se mesurent toujours à partir de la normale, jamais à partir de la surface du miroir.

3. Les lois de la réflexion (lois de Descartes)

L'expérience se fait avec une source de lumière fine et un miroir posé au centre d'un disque gradué en degrés. Pour chaque angle d'incidence, on lit l'angle de réflexion. On trouve toujours le même résultat.

Première loi. Le rayon réfléchi est dans le plan d'incidence (le plan formé par le rayon incident et la normale).

Deuxième loi. L'angle de réflexion est égal à l'angle d'incidence :

r = i.

Conséquences utiles :

• si le rayon arrive perpendiculairement au miroir (i = 0°), il repart sur lui-même (r = 0°) ;
• l'angle entre le rayon incident et le rayon réfléchi vaut i + r = 2i ;
• la déviation du rayon (angle dont il a tourné) vaut D = 180° - 2i ;
• le chemin de la lumière est réversible : si on envoie la lumière en sens inverse, elle suit le même trajet.

4. L'image donnée par un miroir plan

Quand Aïssatou se regarde dans un miroir, elle a l'impression que son image se trouve derrière le miroir. Les rayons qui partent d'un point A de son visage se réfléchissent sur le miroir ; prolongés en arrière, ils semblent tous venir d'un même point A' situé derrière le miroir. Ce point A' est l'image de A.

Propriété. L'image A' d'un point A donnée par un miroir plan est le symétrique de A par rapport au plan du miroir.

Caractéristiques de l'image d'un objet dans un miroir plan :

• elle est virtuelle : on ne peut pas la recueillir sur un écran, car la lumière ne passe pas réellement derrière le miroir ;
• elle a la même taille que l'objet ;
• elle est à la même distance du miroir que l'objet, mais de l'autre côté ;
• elle est inversée gauche-droite : quand tu lèves la main droite, ton image lève la main qui se trouve en face de ta main droite, c'est-à-dire sa main « gauche ».

5. Des applications dans la vie courante

• Le périscope : deux miroirs plans parallèles, inclinés à 45°, permettent de voir par-dessus un mur ou une foule. Chaque miroir dévie la lumière de 90°.
• Le rétroviseur intérieur d'un taxi-brousse : un miroir plan permet au chauffeur de voir derrière lui.
• Les signaux lumineux : un miroir orienté vers le soleil renvoie un éclat visible de très loin. Attention : il ne faut jamais diriger cet éclat vers les yeux de quelqu'un.
• Les panneaux de signalisation et les bandes des gilets de sécurité renvoient la lumière des phares vers le conducteur.