[PDF] OPTIQUE rayon lumineux le trajet suivi

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OPTIQUE

1. Sources de lumière

-mêmes parce ttent directement de la lumière.

Citons par exemples :

Des sources froides comme un ver luisant, un écran de TV,

Il existe des corp

éclairés par une source lumineuse. Ils sont visibles car ils renvoient une partie de la Citons par exemples : les planètes, la Lune, les o

2. Propagation de la lumière

2.1 PROPAGATION RECTILIGNE DE LA LUMIERE

trajet » grâce aux fines particules solides en suspension dans le milieu. Ces particules éclairées droites.

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Le modèle utilisé en optique géométrique pour étudier la propagation de la lumière est le

rayon lumineux.

On appelle

rayon lumineux faisceau lumineux milieu homogène, un milieu qui présente en tous ses points, les mêmes propriétés physiques rayons dans toutes les directions.

2.1.1 Conclusion

t lumineux se propage suivant des lignes droites issues de ce point.

2.1.2 Sortes de faisceaux lumineux

de lumière :

Parallèle

Convergent (les rayons convergent de la source en un point)

Divergent

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2.2 VITESSE DE LA LUMIERE

2.2.1 Dans le vide

km/s

2.2.2 Dans un autre milieu transparent

Les expériences montrent que la lumière se propage avec une vitesse V toujours inférieure à

C.

On désigne par

On le définit par

V = vitesse de la lumière dans le milieu

C = vitesse de l lumière dans le vide

n est un nombre sans unité et toujours supérieur à 1

2.2.3 Exemples

Calculer la vitesse de propagation de la lumière dans le verre dont

Milieu indice Vitesse (km/s)

eau 1.33 225000 alcool 1.36 221000

Verre 1.5 200000

cristal 1.6 188000 diamant 2.42 124000 air 1.000293 1 300000 = C t supérieur à n2. il y a des interactions entre ce milieu et la lumière qui ralentissent la propagation de la lumière.

C = 3.108 m/s

n = C / V

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3. Réflexion de la lumière

3.1 EXPERIENCE

Plaçons sur le trajet de la lumière, une surface parfaitement lisse (plaque en métal). Suivant

3.2 LOIS DE LA REFLEXION SUR UN MIROIR PLAN

Pour mettre en évidence les lois de la réflexion, on utilise un disque goniométrique qui permet la mesure des angles. Pour réaliser au mieux ces mesures, il faut définir certains termes :

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5 I : point de rencontre du faisceau incident avec la surface réfléchissante IN I : angle formé par le rayon incident et la normale R : angle de réflexion : angle formé par le rayon réfléchi et la normale ; plan déterminé par le rayon incident et la normale Lois ont égaux r = i

3.3 IMAGE FORMEE PAR UN MIROIR PLAN

Expérience des 2 bougies

Soient 2 bougies symétriques par rapport à une lame de verre. Si on allume la bougie située , celui-ci quelle que soit sa position en avant du miroi

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6 ce que les prolongements des rayons réfléchis se Une image virtuelle est donc constituée par la convergence des prolongements des rayons réfléchis.

Symétrique par rapport au miroir

Virtuelle ( non captable sur un écran)

De mêm

: le miroir inverse la gauche et la droite )

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3.4 APPLICATIONS DES MIROIRS

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4. Réfraction de la lumière

4.1 EXPERIENCES

séparation (eau-air).

Envoyons un faiscea

dans le liquide.

4.2 DEFINITION

On appelle réfraction de la lumière, le brusque changement de direction que subit le dans un autre.

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4.3 SCHEMA

4.3.1 Etude expérimentale

Faire le graphique i = f (r) ainsi que celui de sin i = f (sin r)

Conclure

Milieu 1 : air

Milieu 2 : verre ou eau

Normale Rayon incident

Rayon réfracté

i r

Surface de séparation des

deux milieux = dioptre le verre

Passage de la lumière du verre dans

Indice n1

Indice n2

1

Angle de réfraction r ou i2

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4.3.2 Loi de Descartes

1 réfraction n2 2 est tel que n1 . sin i1 = n2 . sin i2 (Souvent i est appelé i1 et r appelé i2) milieu 2 plus réfringent ( n1 n2 )

Le rayon réfracté se rapproche de la

normale ( i1 i2 ) A tout rayon incident, il correspond un rayon réfracté 4.3. moins réfringent ( n1 n2 ) Phénomène de réflexion totale, angle limite ( i2 i1 )

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1 = angle limite l alors i2 = 90°

1 mais on observe une réflexion du rayon sur la surface de séparation transparente des 2 : la réflexion totale. Cette réflexion totale se produit si les 2 conditions suivantes sont remplies : 1

Calcul de l

Lorsque i1 = l , i2 = 90° alors n1 sin 90 = n2. sin l

Sin l = n2 / n1

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4.3.5 Applications de la réflexion totale

Le prisme à réflexion totale

Les prismes à réflexion totale permettent de renvoyer la lumière à 90° ou à 180°. EN effet air e sont égaux à 45°. De tels prismes sont utilisés dans jumelles, les télescopes, les appareils photos nettement plus précises mais ils sont aussi beaucoup plus chers. Quelques exemples sont donnés ci après. che et la droite de telle sorte que le champ de vision observé

Les appareils photo de type

réflex utilisent des prismes à réflexion totales.

Les diamants

Tailler des pierres précieuses est un art. En fait, un joaillier se sert de la réflexion totale

interne pour rendre un bijou plus brillant. Un diamant étant transparent, la lumière peut y entrer et en ressortir. Il est possible de tailler des faces planes dans la pierre de façon à empêcher la lumière de sortir par d'autres faces que celle du dessus. Il faut donc que la

lumière entrant dans la pierre subisse des réflexions totales internes sur les autres faces. Ainsi,

le bijou nous semble plus éclatant lorsqu'on le regarde du dessus.

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Les fibres optiques

la plus importante de la réflexion totale est pour canaliser et " transporter » la lumière. La lumière subit un très grand nombre de réflexions totales sur les surfaces de séparation fibre-verre. ibre optique de fibre optique

Les fontaines lumineuses

Les rayons lumineux, par réflexion

totales successives, sont prisonniers des filets d'eau. La lumière jaillit lors de l'éclatement des gouttes d'eau. utilise une fibre optique pour transporter de la lumière vers un organe à explorer et un système optique pour amener à

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Faisceau de fibres optiques

Vêtement en fibre optique

Les communications

Les fibres optiques en verre sont utilisées depuis les

Une seule

fibre optique p

Un seul câble

permet de transporter 40 000 conversations simultanées. Chaque année 200 000 km de câbles sont posées dans le monde.

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Un obje

Expliquons ce phénomène

objet formée par la convergence des rayons réfractés eau air h

On peut montrer que si on est assez

Les objets semblent effectivement

réalité

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5 Les lentilles minces

5.1 DEFINITION

Une lentille est un milieu transparent, homogène limité par 2 faces sphériques ou une face sphérique et une face plane.

5.2 CLASSIFICATION DES LENTILLES

Chacune des faces possède un rayon de courbure R centre de courbure C. On appelle axe de symétrie ou axe principal de la lentille, la droite joignant les points C1 et C2 On a les lentilles à bords minces ou lentilles convergentes ( symbole ) On a les lentilles à bords épais ou lentilles divergentes (symbole )

On appelle lentille mince,

une lentille pour laquelle petite par rapport au rayon de courbure

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5.3 CARACTERISTIQUES DES LENTILLES MINCES

centre optique

Tout rayon incident qui passe par le centre optiq

en ligne droite.

5.3.2 Les foyers de la lentille

Convergente

la lentille ( F est un foyer réel)

On appelle

distance focale : la distance du foyer à la lentille

Divergente

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19 tate

5.3.3 Les rayons remarquables

en passant par le foyer F situé du côté opposé à celui du rayon incident pour une lentille convergente de telle manière que son prolongement passe par le foyer F situé du côté du rayon incident pour une lentille divergente

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5.4 CONSTRUCTION GEOMETRIQUE DES IMAGES PAR

UNE LENTILLE CONVERGENTE

rapport à la lentille

5.4.1 Distance ( objet-lentille) 2 OF

réelle (captable sur un

écran)

renversée plus petite q

5.4.2 Distance ( objet-lentille ) = 2 OF

5.4.3 Distance ( objet-lentille ) est comprise entre OF et 2 OF

lle, renversée, plus diapositives

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5.4.4 Distance ( objet-lentille ) est OF

virtuelle (non captable sur un écran), jet

5.4.5 Image formée par une lentille divergente

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5.5 FORMULES DES LENTILLES

Il existe une formule

travers une lentille. Démontrons-la d = distance [lentille objet] image] f = distance focale

Convention de signes

Le signe + pour tout ce qui est réel (d

réelle) ( seuls cas étudiés en 4G) Le signe pour tout ce qui est virtuel (d négatif pour un objet virtuel, d image virtuelle) f est positif pour une lentille convergente ( seuls cas étudiés en 4G) f est négatif pour une lentille divergente

5.5.1 Relation de grandissement

Le ABO on a :

OBOBABBA'''

ddhh'' (1)

On définit le grandissement

5.5.2 Loi des lentilles ou relation de conjugaison

Les IOF sont semblables : on a

OFFBIOBA'''

ddf fd hh'''

1''' fdf

fd dd

Divisons le tout par d ; on a

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'111dfd ou '111ddf (2) Les formules (1) et (2) sont appelées lois des lentilles minces

Applications

et 01d '11df f=

Si d = 2f

'1211dff ou fd21'1 ou

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6.1.1

membrane blanche et résistante qui devient la cornée transparente à l'avant. Plaquée sur la

sclérotique se trouve la choroïde; celle-ci devant l'iris L'ouverture de l'iris s'appelle la pupille; le diamètre de celle-ci peut varier de 2 à 8 mm.

La rétine ransparente mince de 0,5 mm

d'épaisseur. Elle contient les cellules visuelles sensibles à la lumière et communique avec le

cerveau par les fibres du nerf optique. La sensibilité de la rétine à la lumière est surtout

importante pour une très petite région d appelée la tache jaune. Derrière l'iris, le cristallin, qui est une lentille biconvexe, partage le globe oculaire en deux chambres: la chambre antérieure remplie par l'humeur aqueuse et la chambre postérieure remplie par l'humeur vitrée. ' La cornée, l'humeur aqueuse, le cristallin et l'humeur vitrée sont des milieux transparents.

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une lentille mince convergente de 15 mm de distance focale, une petite surface sensible entourant la tache jaune et jouant le rôle d'écran, un diaphragme dont le diamètre se règle automatiquement pour laisser passer la quantité de lumière nécessaire.

6.1.3 L'accommodation

Po renversée (fig. 10) mais le cerveau la redresse automatiquement. Lorsque nous voulons observer un objet plus rapproché, son image pour être visible doit toujours se former sur la possibilités d'accommodation diminuent avec l'âge. 6.1.4 . Les images des objets placés très loin se forment en avant de la rétine.(La vision de loin est floue) convergence du cristallin. rmétrope Les images des objets éloignés se forment derrière la rétine

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eut même le perdre complètement et ne plus voir nettement que les objets éloignés.( correction par des lentilles convergentes) nettement et simultanément 2 droites perpendiculaires situées dans le même plan.

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6.2 LA LOUPE

La loupe est une lentille convergente de petite distance focale. la loupe et son foyer F. On en a alors une image virtuelle, droite et plus G = D'

Loupe ayant un G = 3,5

On peut montrer que plus la distance focale f est petite, plus G est élevé.

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6.3 LE MICROSCOPE

Il se compose de 2 systèmes convergents :

Un objectif qui donne une image réelle agrandie quelques centimètres. t de F1, une image A1B1 : réelle, renversée et agrandie

1B1 située à une distance comprise entre O2F2 une nouvelle

De ce fait, la lentille L2 joue le rôle de loupe virtuelle, renversée et

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OTOGRAPHIQUE

Le boîtier est une chambre noire dont le fond est " recouvert lumière. objectif est un ensemble de lentilles convergentes dont le but est de former une image aussi Pour une distance d donnée et pour une certaine distance focale f donnée, on sait que pour obtenir une image nette en d la relation '111ddf soit vérifiée.

Pour ce faire, on doit réaliser une mise

au point qui consiste à déplacer relation ci-dessus

On peut assimiler l

d

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6.5 LE PROJECTEUR DE DIAPOSITIVES

nsemble de lentilles convergentes) qui converge les rayons vers la diapositive lise la mise au point

En principe, cela donne :

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6.6 LES JUMELLES

Les jumelles comportent une

lentille dirigée vers l'objet à examiner appelé objectif et une lentille derrière laquelle il faut oculaire.

Les jumelles portent toujours une

inscription telle que 10 x 50. Il faudrait en réalité écrire 10 x, 50 car le premier nombre suivi du signe x est le grossissement des jumelles et le deuxième nombre est le diamètre de l'objectif exprimé en mm.

Avec un double décimètre, il vous

est facile de mesurer le diamètre intérieur de la monture de l'objectif et donc de vérifier le dernier chiffre. Elles peuvent porter une autre inscription qui est soit un angle exprimé en degrés soit une longueur exprimée en mètres à la distance de 1000 m.

Ce nombre caractérise la portion de l'espace appelé champ qu'il est possible de voir à travers

les jumelles. Si les jumelles portent l'indication "88 m à 1000 m », cela signifie que la plus distance.

Si les jumelles donnent

l'impression de voir les objets plus rapprochés c'est qu'en réalité elles permettent de voir leurs images sous un angle plus grand . nu sous un angle , à travers les jumelles l'image sera vue sous l'angle '.

Le grossissement des jumelles est le rapport G =

'D , les deux angles étant exprimés avec la même unité.

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7. Décomposition de la lumière

verre, il apparaît différentes couleurs. e sur un prisme (= milieu homogène et transparent limité par 2 faces planes non // ). Cette lumière qui nous semble blanche est appelée lumière blanche. Derrière le prisme, nous obtenons un étalement de couleurs différentes appelé spectre.

L-en-ciel. On y distingue les couleurs suivantes:

rouge , orange , jaune , vert , bleu , indigo , violet. couleurs. Le prisme permet de les séparer car en fait le rouge ne se réfracte pas aussi fort que le violet. On appelle cela la dispersion de la lumière par un prisme. prisme) est légèrement dépendant de la couleur.

Pour le verre ordinaire ;

Pour le rouge , n = 1,515

Pour le violet , n = 1,532

lumière monochromatique

La lumière blanche étant un mélange des différentes couleurs est dite : lumière polychromatique

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Exercices

1. Calculer la vitesse de propagation de la lumière dans la diamant ( n = 2,42), dans le

flint ( n= 1,85) Un rayon lumineux passe du sulfure de carbone ( n = 5/3) dans le verre ( n = 3/2) ;

Construire le rayon r

( rép : 33,7° / 64 ° ) 2. ( rép : 1,56 ) 3. ( rép : par la face AB avec un angle de +- 44° ) 4. distance focale est de 40 cm. ( rép : 120c 5. focale est de 15 cm.

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( rép : à 30 cm de la lentille / 8 cm / image retournée ) 6. ( rép : 30 cm de la lentille côté objet / 3 fois )

7. Un appareil photo a un objectif (lentille) de 50 mm de focale. On forme avec cette

( rép : 0,05 m / 1 mm )quotesdbs_dbs46.pdfusesText_46

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