OPTIQUE
GEOMETRIQUE
La physique : c’est une science qui traite les constituants fondamentaux de l’univers,
les forces et les résultats des forces.
L’optique : est une partie de physique qui étudie les propriétés de la lumière.
I)
Propagation de la lumière
1) Sources de lumière
Une source de lumière est un objet qui émet la lumière qu’il produit
Exemple : le soleil, la lampe à incandescence, la lampe à pétrole.
Toute source de lumière transforme une énergie rayonnante en autre
forme d’énergie. On distingue deux (O2) types de sources de lumière :
a) Sources ponctuelles
On dit qu’une source de lumière est ponctuelle lorsque ses dimensions sont très faibles
par rapport à la distance de la source { l’observateur.
Exemple : une ampoule très éloignée est considérée comme point.
b) Sources étendues
Une source est dite étendue, lorsque ses dimensions sont assez grandes quel que soit la
distance qui la sépare de l’observateur.
2) Les récepteurs de lumières
Ce sont des corps qui reçoivent la lumière (des corps qui sont sensibles à la lumière).
Exemple : L’œil qui est le récepteur le plus perfectionné de la lumière
Les autres récepteurs de la lumière sont :
Les plaques de pellicules photographiques
Les cellules photo-électriques
Les photorésistances dont la photo dépend de l’éclairement
3) Les milieux de propagation
La lumière se propage dans le vide, dans l’air, dans l’eau,…
La vitesse de propagation dépend des milieux traverses. Elle vaut :
8
-
Dans le vide : C=3.10 m/s
-
Dans l’eau C=2,2.10 m/s
-
Dans le verre C=2.10 m/s
8
8
a) Les milieux transparents
Ce sont des milieux qui se laissent parfaitement traverser par la lumière.
Exemple : l’air, le vide, l’eau, le verre…
b) Les milieux opaques
Ce sont des milieux qui arrêtent totalement la lumière.
Exemple : le bois, la terre.
c) Les milieux translucides
Ce sont des milieux qui laissent filtrer la lumière sans permettre { l’œil d’identifier l’objet
qu’il émet (papier à huile).
4) La frontière de séparation entre deux milieux
Notion de dioptre
On appelle dioptre, la surface de séparation entre deux milieux transparents et
homogène d’indice de réfraction différente.
Milieu 1 (air)
Milieu 2 (eau)
Dioptre
5) Définition d’un milieu homogène et isotrope
a) Milieu homogène
C’est un milieu dont la composition est la même en tout point.
b) Milieu isotrope
C’est un milieu dont les propriétés sont les mêmes dans toutes les directions.
6) Indice de réfraction absolu
L’indice de réfraction absolu est le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide par la
vitesse de la même lumière dans un milieu transparent.
𝒏=
𝑪
𝑽
n: Indice de réfraction absolu
C : Vitesse de la lumière dans le vide ou célérité
V : vitesse de propagation de la lumière dans le milieu transparent
Indice de réfraction de quelques milieux
nair =1 ; neau =1,33 ; nverre=1,5
7) Rayons lumineux et faisceaux lumineux
a) Rayon lumineux
On appelle rayon lumineux le trajet rectiligne suivi par la lumière.
Rayon lumineux
b) Faisceau lumineux
Un faisceau lumineux est l’ensemble des rayons lumineux. Selon la disposition des
rayons, on distingue :
Les faisceaux parallèles ou cylindriques
Ce sont des faisceaux dont les rayons sont parallèles.
Les faisceaux convergents
Ce sont des faisceaux dont les rayons se dirigent vers un seul point
O
Les faisceaux divergents
Les faisceaux divergents sont des faisceaux dont les rayons partent d’un seul point.
O
II)
Principe de propagation e de la lumière
1) Principe de propagation rectiligne de la lumière
La lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène.
2) Propagation de la lumière à la traversée d’un dioptre
La lumière se réfracte { la traversée d’un dioptre.
La réfraction est le brusque changement de direction que subit la lumière quand elle
traverse la surface de séparation de milieux transparents.
S
N
SI : rayon incident
IR : rayon réfléchi
𝑖
I
𝑟 β
n1
N : La normale
n2
𝒊 : Angle incident
𝒓 : Angle de réfraction
Β : angle de déviation
R
3) Principe de retour inverse de la lumière
Lorsqu’un rayon lumineux peut cheminer d’un point A { un point B, alors un rayon
lumineux peut aussi cheminer du point B au point A en suivant le même en sens trajet
inverse.
4) Différence entre la lumière polychromatique et la lumière
monochromatique
a) Lumière monochromatique
C’est une lumière indécomposable par réfraction ou est une lumière qui est constitué
d’une seule radiation (couleur).
b) Lumière polychromatique
C’est une lumière décomposable par réfraction (une lumière formée de plusieurs
radiations).
III) Application du principe de propagation de la lumière
1) Vitesse de propagation de la lumière
8
La vitesse de propagation de la lumière dépend du milieu traversé. Elle vaut 3.10 m /s
dans l’air ou le vide et est plus faible dans les autres milieux transparents.
2) Année lumière
C’est la distance parcourue par la lumière pendant une année dans le vide. Elle vaut :
1al=9,47.1015m
Démonstration
On sait que :
=
=
8
Avec C=3.10 m /s
t= 365 jours =365X24X60X60
=
3) Détermination des longueurs d’ondes
La lumière est une onde caractérisée par :
-
Sa période (T) : c’est la durée au cours du quelle le phénomène caractéristique se
répète identique à lui-même. Elle s’exprime en seconde(s)
.
Sa fréquence (N) : C’est l’inverse de la période. Elle s’exprime en Hertz (Hz) ‘’c’est
le nombre d’onde par seconde’’
Sa longueur d’onde ( ) : c’est la distance parcourue par l’onde pendant une
période. Elle s’exprime en mètre (m).
Toutes ces grandeurs sont liées par la relation suivante :
=
=
=
Longueurs d’onde (
Violet
0,4.10
-6
Bleu
0,5.10
-6
) des radiations visibles
Vert
0,6.10
Jaune
-6
0,7.10
Rouge
-6
0,8.10
-6
4) Le diamètre apparent
C’est l’angle sous lequel l’œil voit un objet.
A
O
𝒕𝒂𝒏𝜶 =
𝒉
𝒅
h Si h est très négligeable c.-à-d.
que l’objet est très petit et très
𝜶
B
d
éloigné
𝜶(𝒓𝒂𝒅) =
𝒉
𝒅
5) La chambre noire
Une chambre noire est constituée par une boite mince dont l’une des faces est percée
d’une petite ouverture. La face opposée étant un écran translucide. Un tel dispositif
donne d’un objet AB une image renversée et réduite.
6) Visée et alignement
Une epingle A est fixée sur une planchette. On plante deux epingles B,C de facon que A
masqu C pour l’œil. Comme la lumière envoyée par B et celle envoyée par C se propagent
en ligne droite , elles sont arretes par A,C et B et sont alignées avec l’œil de
l’observateur.
C’est le principe de la visée sur les armes { feu et des visées topographiques
7) L’eclipse
a) L’eclipse du soleil.
La lune ne se laisse pas traversée par la lumiere. Lorsqu’elle est eclairée par le soleil, il se
forme un cone d’ombre. Si la terre s’y trouve on observe une eclipse de soleill.
L’eclipse est totele pour les points de la terre sityés dans l’ombre , elle est partielle pour
ceux styuées dans la penombre portée.
b) L’eclipse de lune
Il y’a eclipse de lune quand la lune se trouve dans le cone d’ombre de la terre. La terre
s’interpose entre le soleil et la lune
8) Ombre et penombre
a) Cas d’une source lumineuse ponctuelle
Sont alignés une source ponctuelle S, un corps opaque C et un ecran d’observationE.
a) Cas d’une source etendue
