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Physique
4Experts
Travail, énergie, puissance
La magie de l'image.
Les logos suivants attireront ton attention sur certains points de matière à mettre en évidence :
Les notions à connaitre
Un peu de culture
L'essentiel à retenir
Connaitre
Appliquer
Transférer
AppliquerTransférer
Connaitre
Tu trouveras dans ton livre-cahier ce sigle :
UAA 4Chapitre 3
Schématiser un il et son
fonctionnement du point de vue de l'optique.AppliquerTransférer
Connaitre
Utiliser des éléments d'optique
pour obtenir une image plus grande ou plus petite. la distance focale d'une lentille convergente (par exemple : une loupe, un verre de lunettes...).AppliquerTransférer
Connaitre
Expliquer le sens d'une prescrip-tion pour un verre de lunettes (se limiter à un cas simple : myopie, hypermétropie, presbytie)AppliquerTransférer
Connaitre
112)&Fglagf lentille biconvexes biconcaves axe principalcentre optique
C1C20Axe principalC1C200Axe principal
3 1133 - Les lentilles
ʇ Qu'observes-tu ?
Une lentille
biconvexe est dite convergente, car les rayons lumineux parallèles à l'axe principal se coupent , après réfraction, en un même point de cet axe.Ce point noté
F ' est appelé foyer image de la lentille.La source lumineuse et le foyer image sont
situés de part et d'autre de la lentille.ʇ Qu'observes-tu ?
Une lentille biconcave est dite divergente, car
les rayons lumineux parallèles à l'axe principal s'écartent après réfraction.Le point de convergence, noté
F ', du prolongement des rayons réfractés est aussi appelé foyer image de la lentille.La source lumineuse et le foyer image sont
situés du même côté de la lentille. Une lentille convergente de même qu'une lentille divergente possèdent deux foyers : le foyer objet F, le foyer image F'. Ils sont situés sur l'axe principal de part et d'autre de la lentille, à égale distance du centre
optique (lentille symétrique). Cette distance est appelée, pour cette raison, distance focalePar convention, la distance focale d'une lentille convergente est positive, tandis que celle d'une lentille
divergente est négative. Sur le schéma de la page 112, place les deux foyers de la lentille.Une lentille
biconvexe est convergente, tandis qu'une lentille biconcave est divergente.Le foyer image (F
• d'une lentille convergente est le point de l'axe principal par lequel passent les rayons réfractés correspondant aux rayons incidents parallèles à l'axe principal ; • d'une lentille divergente est le point de l'axe principal par lequel passe le prolongement des rayons réfractés correspondant aux rayons incidents parallèles à l'axe principal. La distance focale f ) est la distance entre le foyer et le centre optique de la lentille.Une étude plus complète montre que plus la courbure des faces sphériques d'une lentille est grande,
plus la distance focale de celle-ci est petite. 114ʇComment vas-tu procéder pour réaliser celui-ci si tu disposes d'une lampe, d'un cache percé d'une
fente et d'une lentille de distance focale fIndice :
ʇComment vas-tu procéder pour déterminer la distance focale de la lentille ? FF 3 1153 - Les lentilles
Remarque :
Si nous voulons mesurer la distance focale d'une lentille (verre de lunette, loupe...), nous procèderons
de la même manière en éclairant la lentille avec un faisceau parallèle à son axe principal puis en cherchant
le point de convergence des rayons réfractés. Une image qui peut être captée sur un écran est dite image réelle. Elle peut être : plus grande plus petite ou de même dimension que l'objet ; droite (le haut de l'objet correspond au haut de l'image) ou renversée (le haut de l'objet devient le bas de l'image). Prends une lentille convergente (f = ...............), une bougie et un écran.• Place la bougie aux différentes distances (d) du centre optique de la lentille, reprises dans le tableau ci-dessous.
• À l'aide de l'écran, capte l'image la plus nette possible de la bougie et mesure sa distance (d') par
rapport au centre optique. Compare celle-ci à la distance focale, si possible.ʇComplète le tableau ci-dessous.
Objet (bougie)Image
Distance
dDistance d"Plus grande/plus petite/de même dimensiondroite/renversée 2,5 f d > 2 f 2 f ............d = 2f 1 ,5 f ............f < d < 2f 1 1 f ............d proche de f 116ʇComment se déplace l'image captée sur l'écran ?
ʇPeux-tu capter l'image sur un écran ?
ʇQu'observes-tu ?
virtuelle convergenteloupe en bleu l'imageplus petite en vert l'imageplus grande en rougel'imagevirtuelle d fd f d fdf 3 1173 - Les lentilles
ʇComment varie la position de l'image réelle d'un objet par une lentille convergente lorsque celui-ci
se rapproche du foyer F ?ʇComment varie la taille de cette image ?
ʇQuand l'image et l'objet ont-ils la même valeur ?Tu disposes d'un objet lumineux (exemples : diapositive éclairée par un faisceau lumineux parallèle,
bougie...), d'un écran et d'une lentille dont la distance focale vaut f = ...............ʇQuelles manipulations vas-tu réaliser pour obtenir une image trois fois plus grande que l'objet ?
ʇQuelles valeurs obtiens-tu pour d et d' ?
118est un milieu transparent limité par deux surfaces sphériques. Elle peut être d'unesera le point de l'axe principal par lequel passe, après réfraction dans la lentille, tout rayon lumineux incident parallèle à l'axe principal.
Celui d'une
sera le point de l'axe principal par lequel passe, après réfraction dans la lentille, le prolongement de tout rayon lumineux incident parallèle à l'axe principal. Chaque lentille possède deux foyers situés de part et d'autre de la lentille. f est la distance entre le foyer et le centre optique de la lentille.Lorsqu'on place un objet lumineux devant une
à une
de la lentille, on capte une sur un écran placéderrière la lentille. L'image captée sera plus grande ou plus petite que l'objet suivant la position de
ce dernier etLorsque l'objet est placé à une
de la lentille, . Elle est virtuelle et droite. Pour l'observer, il faut la regarder à travers la lentille. C'est le principe de la . 1 . Photographions l'image d'un objet placé devant une lentille. Pour chaque photo, détermine le point ou la zone où se trouvent l'objet et son image.Caractérise l'image.
d = fd' = f d = 2fd' = 2fMOPQRT
sens de la propagation de la lumière NS 3 1193 - Les lentilles
PhotosPosition
objetPosition imageImage réelle/virtuelleImage droite/renverséeImage plus grande,égale ou plus petite
2. Un point lumineux A est placé devant une lentille. Ce point émet des rayons lumineux dans toutes les
directions. Nous en avons représenté deux. L'image du point A se trouve à la fois sur les deux rayons et donc à leur intersection. Trace un rayon lumineux passant par le centre optique de la lentille, que constates-tu ? FF' A 120. Tu disposes d'un objet lumineux, d'un écran et d'une lentille dont la distance focale vaut f Comment vas-tu procéder pour obtenir une image deux fois plus petite que l'objet ?
Quelles valeurs obtiens-tu pour d et d' ?
parallèle à l'axe principal et un second passant par le foyer F. FF' f 2f 3 1213 - Les lentilles
Notre il est un globe plus ou moins sphérique recouvert d'une membrane épaisse, la sclérotique 1 (partie blanche de l'il), et dont le diamètre varie entre 23 et 25 mm. La lumière entrant dans l'il est successivement réfractée par la cornée (2) (paroi transparente et sphérique située à l'avant de l'il) et par le cristallin (3) (lentille biconvexe de courbure variable). Entre les deux se trouve l' humeur aqueuse (4) (limpide comme de l'eau, elle protège le cristallin et nourrit la cornée). iris (5) (anneau coloré) qui peut dilater ou rétrécir la pupille (6) (ouverture circulaire) et ajuster ainsi l'intensité lumineuse entrant dans l'il. La lumière traverse ensuite l'humeur vitrée (7) (substance gélatineuse transparente qui occupe la quasi-totalité du globe oculaire) pour arriver sur la rétine (8) (membrane tapissée de cellules photoréceptrices) située au foyer du système optique formé par la cornée et le cristallin. C'est sur celle-ci que se forme l'image des objets que l'il voit. Les informations captées par les cellules photoréceptrices sont transformées en un signal électrique envoyé via le nerf optique (9) vers le cerveau qui les interprète. 1 8 9 2 4 3 7106 5
La rétine
122Les bâtonnets :
la nuit, tous les chats sont gris !Les cônes
ʇComment est l'image obtenue sur l'écran ?
DiaphragmeDiaphragme
Lentille convergenteEcran
3 1233 - Les lentilles
Lorsque vos " lunettes de soleil » n'en sont pasLorsque la luminosité augmente, celle-ci se ferme évitant l"éblouissement et améliorant ainsi la netteté
soleil, car l"éblouissement est trop important. Malheureusement, certaines lunettes solaires sont de mauvaise qualité. Elles ne font que diminuerla luminosité dans la partie visible du spectre solaire, mais n"arrêtent pas les ultraviolets. Suite à cette
diminution de luminosité, la pupille se dilate davantage laissant entrer plus de rayons ultraviolets
dangereux pour la rétine. Paradoxalement, porter ce type de lunettes s"avère plus nocif que de ne
rayonnement U.V. avant de les porter. Les rayons lumineux issus d"un objet éloigné sont parallèles à l"axe principal du système optique de l"il.ʇOù se forme l'image de cet objet ?
Observons ce qui se passe si nous regardons un objet proche.Prends un banc d"optique et place un objet lumineux à 50 cm devant une lentille (f = ...............).
Ajuste la position de l"écran placé derrière la lentille de sorte que l"image de l"objet soit nette.
Rapproche l"objet de la lentille jusqu"à une distance de 20 cm (l"ensemble lentille/écran ne bouge pas).
ʇL'image de l'objet sur l'écran est-elle toujours nette ?ʇDois-tu approcher ou éloigner l'écran de la lentille pour que l'image soit nette à nouveau ?
sans accommodation 124111
Il existe une limite d'accommodation et celle-ci diminue avec l'âge. Cette variation, due à la perte de
l'élasticité du cristallin accommodant de moins en moins bien, caractérise la presbytie sans accommodationavec accommodation 3 1253 - Les lentilles
L'il a une distance focale variable, ce qui permet à l'image d'objets situés à différentes distances de
l'il de se former sur la rétine. Entre quelles valeurs extrêmes cette distance focale varie-t-elle ?L'il a une distance focale maximale lorsque ses muscles ciliaires sont au repos. Il n'accommode pas.
Nous appelons
punctum remotum la distance maximale à laquelle nous pouvons voir nettement un Nous appelons punctum proximum la distance minimale à laquelle nous pouvons voir nettement un objet quand l'il accommode au maximum (distance focale minimale). Elle est d'environ 25 cm pour l'il normal. La position du punctum proximum varie beaucoup avec l'âge. Très faible chez les enfants (7 cm à 10 ans), elle s'accroit régulièrement avec l'âge (5 m à 70 ans). Un appareil photographique basique est constitué d'un boitier (chambre noire), d'une ou plusieurs lentilles convergentes (objectif), pellicule) captant l'image se formant au fond du boitier. L'appareil photographique et l'il sont formés des mêmes constituants. ʇCompare ces deux instruments d'optique, en complétant le tableau ci-dessous. lément constitutifAppareil photo OEilLimitateur d'intensité
..............................Rétine 126ʇDois-tu rapprocher ou éloigner l'objectif de la pellicule si tu fais une mise au point sur un objet
3 1273 - Les lentilles
Le myope
distingue mal les objets éloignés ; par contre, il voit les objets proches sans problème.Les causes de la myopie sont principalement :
une lentille cornée-cristallin trop convergente (distance focale au repos trop courte) : l'image d'un objet très éloigné se forme en avant de la rétine ; un il trop profond alors que la distance focale de la lentille cornée-cristallin est normale : l'image d'un objet très éloigné se forme à nouveau en avant de la rétine. Pour corriger la myopie, on place devant l'il une lentille divergente . Le système optique (verre-cornée-cristallin) est ainsi moins convergente. L'image d'un objet éloigné est ainsi ramenée sur la rétine.
L'hypermétrope ; par
contre, il distingue sans problème les objets éloignés. Les causes de l'hypermétropie sont principalement : une lentille cornée-cristallin trop peu convergente (distance focale au repos trop grande) : sans accommodation, l'image d'un objet éloigné se forme au-delà de la rétine ; un alors que la distance focale de la lentille cornée- cristallin est normale : l'image d'un objet éloigné se forme aussi au-delà de la rétine.conditions, l'accommodation devrait être trop grande pour voir aussi nettement les objets rapprochés.
Pour corriger l'hypermétropie, on place devant l'il une lentille convergente . Le système optique(verre-cornée-cristallin) est ainsi moins convergente, ce qui supprime le besoin d'accommoder lors de
la vision d'objets éloignés. 128Il ne faut pas confondre hypermétropie et presbytie, bien que ces deux défauts se corrigent au moyen de
lentilles convergentes, car le second problème est dû à une perte d'accommodation liée au vieillissement.
L'astigmate est incapable d'accommoder simultanément sur les lignes verticales et les lignes horizontales. Ce défaut est généralement dû à une déformation de la cornée qui n'est donc pas tout à fait sphérique. L'astigmatisme peut être corrigé par des lentilles cylindriques. Celles-ci sont des portions de cylindre dont il faut préciser l'orientation de l'axe.Observe cette prescription de verres correcteurs.
Tu constateras que l'ophtalmologue précise, pour chaque il ( : il gauche et : il droit), les caractéristiques des verres correcteurs à savoir le type de verre (sphériques) ou (cylindrique) ainsi que l'orientation de l'axe de ces derniers.Le médecin précise la
des verres qui correspond à v=1 f ) et qui s'exprime en = m 1La permet le calcul du degré de
correction des verres utilisés pour la myopie ou l'hypermétropie. Plus celle-ci est élevée, plus la correction est importante. 3 1293 - Les lentilles
ʇPrécise le type de lentille utilisée, sa distance focale et le type de défaut corrigé, si tu lis sur une
+ 3 dioptries : - 2 dioptries :L'essentiel
L'oeil est un
système optique contenant une lentille convergente capable d'accommoder d'avoir une vision nette quelle que soit la distance de l'objet.L'oeil peut avoir des défauts tels que la myopie, l'hypermétropie et l'astigmatisme qui peuvent
respectivement être corrigés par l'utilisation de lentilles divergentes, convergentes ou cylindriques.
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