Optique
L’optique est la partie de la physique qui
traite des propriétés de la lumière et des phénomènes de la
vision.
Optique corpusculaire = notion de photon.
Optique géométrique = interaction de la lumière avec des objets macroscopiques et modification de direction du rayonnement lumineux.
Rayon lumineux = dans un milieu transparent et homogène, la lumière provenant d’un point lumineux se propage suivant des lignes droites appelées des rayons lumineux.
Conventions :
|
-Les rayons lumineux s’orientent de la gauche vers la droite. |
||
|
-L’indice de réfraction = n = indice du milieu |
c v |
Vitesse de la lumière dans le vide
Vitesse de la lumière dans ce milieu |
Formule du dioptre sphérique : interface sphérique entre 2 milieux
 Exemple :
|
s = distance de l’objet à
partir du dioptre. s’ = distance de l’image à partir du dioptre |
- rayon de courbure du dioptre :
- f et f ’ sont les distances focales et sont mesurées avec la même convention que s et s’.
|
- formule du dioptre : - |
n1 s |
+ |
n2 s’ |
= |
n2 – n1 R |
= P. |
|
n = |
n2 n1 |
Þ – |
1 s |
+ |
n s’ |
= |
n – 1 R |
= P ¬ puissance du dioptre. |
Si s ---> ∞
alors F’ foyer image.
Si s’ ---> ∞ alors F foyer objet.
|
* quand s tend vers l’infini : |
1 s |
= 0 ® |
n s’ |
= |
n f ’ |
= |
n – 1 R |
si s’ ---> ∞
|
L’objet est à – |
1 f |
= |
n – 1 R |
Þ – |
1 s |
+ |
n s’ |
= |
n – 1 R |
= |
n f ’ |
= – |
1 f |
= P |
Notion d’image virtuelle :
|
- f < 0 :
|
- s > f
|
- s’ < 0
:
|
- s < f
|
Image virtuelle : où ne passe aucun
|
n s’ |
= |
1 s |
– |
1 f |
|
1 s |
< |
1 f |
® |
f s |
> 1 ® | f < s | ® s se trouve bien dans la zone |
Formule de lentille mince : comme une succession de deux dioptres
|
|
n1
n2 n2-n1 --- + ---- = --------- s s" R1 -n2 n1 n1-n2 ----- + ---- = --------- s" s' R2 |
--->l’image donnée par le premier dioptre
|
-n1 s |
+ |
n1 s’ |
= (n2 – n1)( |
1 R1 |
- |
1 R2 |
) |
va devenir image du deuxième dioptre
|
En divisant par n1 : – |
1 s |
+ |
1 s’ |
= ( |
n2 n1 |
- 1)( |
1 R1 |
- |
1 R2 |
) = P = |
-1 f |
= |
1 f ‘ |
| ---> un rayon qui entre parallèlement à l’axe sort par le foyer image : |
 |
| ---> un rayon qui passe par le foyer objet sort parallèlement à l’axe : |
 |
| ---> un rayon qui passe par le centre n’est pas dévié : |
 |
Exemple 1 : loupe.
Foyer à 4cm.
Objet à 8 cm.
|
-1 s |
+ |
1 s’ |
= |
-1 F |
|
-1 -8 |
+ |
1 s’ |
= |
-1 -4 |
|
Þ |
1 s’ |
= |
1 4 |
- |
1 8 |
= |
1 8 |
Þ |
s’ = 8 cm. |
|
γ = |
s’ s |
= |
8 -8 |
= -1 |
|
γ = -1 |
D’où grandissement en valeur absolue de 1 Þ objet inversé. |
Exemple 2 : même loupe.
Foyer à 4cm.
Objet = 2 cm.
|
-1 s |
+ |
1 s’ |
= |
-1 F |
|
|
|
|
-1 -2 |
+ |
1 s’ |
= |
-1 -4 |
|
|
|
|
1 s’ |
= |
1 4 |
- |
1 2 |
= |
-1 4 |
Þ s’ = 4 cm. |
|
γ = |
s’ s |
= |
-4 -2 |
=2 |
Grandissement d’un facteur 2 (= positif = image a même sens que l’objet). L’image est du même coté de la lentille. |
||
Lentille concave : même règle que pour convexe = image virtuelle, agrandissement,…
Un rayon qui entre parallèlement à l’axe sort par le foyer
image.
Un rayon qui passe par le foyer objet sort
parallèlement à l’axe.
Objet placé à 24 cm d’une lentille concave – distance focale 8cm. Où se forme l’image ?
f = + 8 cm.
s = -24 cm
|
P = + |
1 f ‘ |
= – |
1 f |
= – |
1 s |
+ |
1 s’ |
|
P = - |
1 8 |
= |
-1 -24 |
+ |
1 s’ |
Þ |
1 s’ |
= - |
1 8 |
- |
1 24 |
= |
-4 24 |
= |
-1 6 |
s’ = -6 cm (image avant la lentille)
|
γ = |
s’ s |
= |
-6 -24 |
= |
1 4 |
L’image est 4 fois plus petite que l’objet. |
Le microscope optique : application des lentilles convexes
On applique successivement la formule des lentilles minces :
Objectif :
|
-1 f1 |
= |
-1 s1 |
+ |
1 s1’ |
Þ γ = – |
s1’ s1 |
Oculaire :
|
-1 f2 |
= |
-1 s2 |
+ |
1 s2’ |
Þ γ = – |
s2’ s2 |
Exemple :
f1 = -0,6 cm. (objectif)
f2 = -5 cm. (oculaire)
D = 23 cm.
s1 = -0,62 cm.
|
® pour l’objectif : |
-1 -0,6 |
= |
-1 -0,62 |
+ |
1 s1’ |
Þ s1’ = + 18,6 cm. ® image après l’objectif. |
maintenant
:
D = s1’ + s2 = 23 cm.
s2 = 23 – 18,6 = 4,4. s2
= - 4,4 cm.
|
® pour l’oculaire : |
-1 -5 |
= – |
1 4,4 |
+ |
1 s2’ |
Þ s2’ = -36,7 cm (avant l’oculaire) |
quant aux agrandissements :
|
γ1 = |
s1’ s1 |
= |
+18,6 -0,62 |
= -30 ® image agrandie et inversée |
|
γ2 = |
s2’ s2 |
= |
-36,7 -4,4 |
= + 8,84 |
γ = γ1 x γ2 = -30 x 8,34 = -250 image très agrandie mais inversée.
Le fibroscope
: les fibres optiques :
Il y a dans un fibroscope 200 000 à 1 000 000 de fibres dont
le diamètre varie de 5 à 10 micromètres.
On peut transmettre :
-de la lumière.
-des images.
REPRODUCTION COMPLETE OU PARTIELLE INTERDITE