Question n°7 : Pourquoi le bâton, plongé dans l'eau, semble-t-il cassé ?
Si le temps de parcours minimum correspond bien à un trajet en ligne droite dans un milieu homogène, il n’en va pas de même lorsque le rayon lumineux traverse des milieux différents. Pour une telle trajectoire, le chemin le plus rapide ne coïncidera pas forcément avec le chemin géométrique le plus court.
En effet, la vitesse de la lumière dépend du milieu traversé. Dans le vide, sa valeur est maximale et vaut environ 300 000 km/s. Dans un milieu matériel, la vitesse de la lumière est réduite : dans l’eau, par exemple, elle est de 206 000 km/s.
Pour effectuer le trajet le plus rapide la lumière doit changer de direction en changeant de milieu. Seuls les rayons qui se propagent perpendiculairement à la surface qui sépare les deux milieux ne sont pas déviés.
Suivant le même principe, il peut être plus efficace pour le maître-nageur de rallonger son trajet sur la plage où il est plus rapide afin de raccourcir la distance qui lui restera à parcourir dans l’eau où sa progression sera ralentie (dans la pratique il est préférable qu’il coure sauver le nageur en détresse plutôt que de calculer le chemin optimal !). La trajectoire la plus rapide résulte donc d’un compromis entre les distances à parcourir dans les milieux où la vitesse est différente.
Le phénomène de déviation du trajet lumineux est appelé réfraction. Il implique que le bâton plongé dans l’eau apparaît comme brisé au niveau de la surface séparant deux milieux. De même, l’oiseau semble au poisson plus haut qu’il n’est dans les cieux et le poisson semble à l’oiseau plus proche de la surface qu’il n’est en réalité.
