La lumière change de vitesse selon le milieu

La lumière ne va pas toujours à la même vitesse

Dans le vide, la lumière se propage à la célèbre vitesse c = 3 x 10^8 m/s. Mais dès qu'elle traverse un milieu matériel (eau, verre, air...), elle ralentit. Ce ralentissement dépend d'une grandeur appelée l'indice de réfraction, noté n.

L'indice de réfraction

L'indice n d'un milieu est défini par :

n = c / v

où v est la vitesse de la lumière dans ce milieu. Comme v <= c, on a toujours n >= 1. L'indice n'a pas d'unité (c'est un rapport).

Milieu	Indice n (approx.)
Vide	1
Air	1,00 (quasi 1)
Eau	1,33
Verre	1,50
Diamant	2,42

Pourquoi la lumière dévie-t-elle ?

Quand un rayon lumineux passe d'un milieu à un autre (par exemple de l'air à l'eau) avec un angle d'incidence différent de 0, sa vitesse change brutalement à la traversée du dioptre (la surface séparant les deux milieux). Ce changement de vitesse provoque un changement de direction du rayon : c'est la réfraction.

Exemple concret : une paille plongée dans un verre d'eau paraît cassée au niveau de la surface. En réalité, la paille est droite, mais les rayons lumineux qui en proviennent sont déviés en sortant de l'eau vers l'air, ce qui trompe notre oeil.

Piège classique à éviter

Ne confonds pas réflexion (le rayon repart dans le même milieu, comme un miroir) et réfraction (le rayon change de milieu et de direction). Dans beaucoup de situations réelles, les deux phénomènes se produisent en même temps : une partie de la lumière est réfléchie, une autre est réfractée.