Physique, Chapitre 9

Physique, Chapitre 9
PREMIERE S
PREMIERS PAS EN OPTIQUE
I – OBJETS ET RAYONS LUMINEUX
1°) Notion d’objet lumineux
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Un objet est qualifié de lumineux dès qu’il est émetteur de lumière.
Les objets lumineux peuvent être séparés en deux catégories :
 Les objets producteurs de lumière capables de par leur structure d’émettre leur propre lumière
(Ex. : les étoiles, les lampes) ;
 Les objets diffuseurs de lumière n’émettant de la lumière que s’ils sont éclairés par un autre objet
lumineux (Ex. : une table, un mur)
Un point objet est un point (matériel ou non) source de lumière.
2°) Faisceau et rayon lumineux
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L’émission de la lumière par un objet peut-être modélisée en utilisant la notion de rayon lumineux.
Un rayon lumineux est le trajet suivi par la lumière depuis un point objet.
Le rayon lumineux n’existe pas, mais correspond à un modèle physique permettant de simplifier la
réalité tout en permettant d’expliquer les phénomènes physiques nous entourant.
Un rayon lumineux est orienté dans le sens de la propagation de la lumière.
D’un point objet part une infinité de rayons lumineux.
Lorsqu’un objet émet de la lumière, un faisceau lumineux
quitte cet objet avec un certain angle d’ouverture dépendant
de la source.
Ce faisceau lumineux peut être modélisé comme un
regroupement de rayons lumineux juxtaposés.
3°) Propagation de la lumière
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Dans un milieu homogène, c’est-à-dire ayant des propriétés optiques identiques en tout point, la
lumière se déplace en ligne droite. Son trajet est représenté par un rayon rectiligne orienté.
Dans un milieu hétérogène (du point de vue de la température, de la composition…), la lumière ne se
déplace pas en ligne droite.
4°) Objet à l’infini
Plus un point objet est loin de l’observateur, plus
l’angle entre les deux rayons extrêmes qui pénètrent
dans son œil est faible. Lorsque le point objet se trouve
suffisamment loin, cet angle peut-être considéré comme
nul : tous les rayons lumineux issus de ce point sont
parallèles entre eux quand ils pénètrent dans l’œil. On
dit que le point objet est à l’infini.
II – LA REFRACTION
1°) Définition
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2°)
Un peu de vocabulaire
i1
1er milieu d’indice de réfraction n1
2ème milieu d’indice de réfraction n2
I
i2
 Le rayon incident est le rayon lumineux qui arrive en un point I appelé point d’incidence. Ce point I
est sur la surface de séparation située entre les deux milieux transparents
 Le rayon réfracté est le rayon qui se propage dans le deuxième milieu, après le changement de
direction dû à la réfraction. Ce changement de direction s’effectue lorsque le rayon incident traverse
la surface de séparation.
 La droite normale (N) au point d’incidence (I) est perpendiculaire en I à la surface de séparation. Elle
sert de référence pour mesurer les angles.
 L’angle d’incidence i1 est l’angle entre la droite(N) et le rayon incident.
 L’angle de réfraction i2 est l’angle entre la droite(N) et le rayon réfracté.
3°)
Lois de Descartes
a) 1ère loi de Descartes
b) 2ème loi de Descartes
c) 3ème loi de Descartes
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III - MECANISME DE LA VISION
Un objet lumineux peut-être considéré comme la juxtaposition de points
lumineux. Les rayons lumineux issus de ces points lumineux pénètrent dans
l'oeil par la pupille et atteignent la rétine. Le cerveau interprète les impressions
lumineuses comme si les rayons reçus par l'oeil se propageaient toujours en
ligne droite.
Dans l'exemple ci-contre, le pêcheur ne voit pas le poisson où il se trouve
réellement car son cerveau interprète le parcourt de la lumière comme étant
rectiligne.
IV – LA REFLEXION
1°) Définition
2°) Propriétés d’un miroir plan
a) Objet et image
Plaçons un point objet A devant un miroir plan.
Ce point éclaire dans toutes les directions de l’espace.
Les rayons incidents subissent une réflexion à la surface du miroir plan.
Les rayons réfléchis qui sont ainsi formés proviennent tous
d’un même point appelé point image A’.
A
Les points objet A et image A’ sont appelés points conjugués
pour le miroir plan.
A
’
I
b) Position de l’image
Le point image A’ pour un miroir plan d’un point objet A est son symétrique orthogonal par rapport au
plan du miroir.
B
’
c) Dimension de l’image
L’image A’B’ pour un miroir plan et son objet AB ont même dimension : AB = A’B’
B
A’
I
3°) Les lois de la réflexion
a) 1ère loi
A
b) 2ème loi
: Normale au miroir
i
i'
: Rayon incident
i
i'
: Angle d'incidence
: Rayon réfléchi
: Angle de réflexion
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4°) Construction d’un rayon réfléchi
Considérons un point objet A. Le rayon réfléchi peut être construit en respectant les règles suivantes :
 Construire le point image A’ symétrique orthogonal du point objet A ;
 Tracer en pointillés le segment reliant le point image A’ et le point d’incidence I ;
 Le rayon réfléchi est la demie droite située du même côté que le point objet A du miroir et passant par les
points A’ et I.
A
 A’
I
5°) Notion de champ d’observation
a) Champ d’observation d’un miroir
Considérons un miroir M et un œil (modélisé par un point O) placé devant le miroir.
Le champ d’observation du miroir M pour une position donnée O d’un œil est la portion d’espace dont
l’image peut être vue dans ce miroir.
Rq. : Ce champ d’observation dépend bien sûr de la position de l’œil par rapport au miroir mais aussi
de la surface du miroir.
Le champ d’observation est géométriquement défini par le cône de sommet O’ s’appuyant sur les bords
du miroir :
M

O’
O
b) Champ d’observation d’un objet
Considérons un point objet A, un miroir M et un œil (modélisé par un point O) observant le point A « à
travers » le miroir.
Le champ d’observation de ce point objet A est la portion d’espace où l’œil doit être placé pour que ce
point objet A puisse être vu dans ce miroir.
Rq. : Ce champ d’observation dépend bien sûr de la position du point objet A par rapport au miroir
mais aussi de la surface du miroir.
Le champ d’observation est géométriquement défini par le cône de sommet A’ s’appuyant sur les bords
du miroir :
M
A’

A
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