Objets, images

Physique Chapitres 13 et 15
1
Objets, images
1. Notion d’objet.
1.1. Sources de lumière.
On ne voit pas la lumière, seulement les objets qui émettent de la lumière : on parle alors de sources
de lumière.
 Source primaire : produit elle-même la lumière qu'elle émet (étoiles, Soleil, lampe...).
 Source secondaire : émet de la lumière parce qu'elle est éclairée, en général par une source
primaire. Elle diffuse la lumière qu’elle reçoit (la Lune, tout objet de cette Terre lorsqu'il est visible).
1.2. Propagation rectiligne de la lumière.
Dans un milieu transparent et homogène, la propagation de la lumière est rectiligne.
Modèle du rayon lumineux. Un faisceau lumineux est constitué d’une infinité de rayons lumineux
représentés par des droites orientées dans le sens de propagation.
Il est impossible d’isoler physiquement un rayon lumineux en raison du phénomène de diffraction.
1.3. Point objet.
Source ponctuelle (ou objet ponctuel).
Source ( ou objet) de petite dimension devant la
distance qui la sépare de l'observateur.
Nous considérerons qu’un objet AB est ponctuel
si l’écart angulaire entre A et B, vu du point O,
est
< 3 x 10-4 rad, ce qui correspond à 0,017°
d’angle. Cette valeur est déterminée par le
pouvoir séparateur de l’œil.
Exercice. La Lune est vue d’un point de la Terre sous le « diamètre apparent »  = 0,527°. La
distance Lune-observateur est 378 000 km. Quel est le diamètre de la Lune ?
Point objet.
Considérons un système optique (miroir, lentille...).
On appelle point objet pour ce système le point de concours des
rayons incidents, c’est-à-dire des rayons parvenant sur .
Objet ponctuel à l'infini.
Un point objet situé à l'infini adresse au système optique un faisceau de rayons parallèles.
O
(observateur)
A
B
d
D
Une approximation fréquente :
si  < 10°,
D
d
α(rad) 
De plus, sin   tan   (rad)
faisceau divergent
faisceau convergent
faisceau parallèle
A
faisceau incident
objet

Physique Chapitres 13 et 15
2
2. Images.
Point image : point de concours des rayons émergents du système optique .
A' image de A à travers le système optique .
Image réelle : peut être recueillie sur écran mais
peut également être observée, sans écran, à l’œil
nu. Pour l’œil tout se passe comme si la lumière
provenait de A'.
Image virtuelle : ne peut pas être recueillie sur
écran mais peut être observée à l’œil nu. Pour
l’œil tout se passe comme si la lumière provenait
de A'.
A l’aide du cerveau conditionné à la propagation
rectiligne de la lumière, l’œil localise l’image en
fonction des rayons qui lui parviennent.
3. La réflexion de la lumière.
3.1. Lois de Descartes.
René Descartes (1596-1650) en fit part dans son traité de
« Dioptrique » en 1637.
Les droites SI (rayon incident) et IN (normale à la surface
de séparation) définissent le plan d'incidence.
i est l’angle d’incidence, r l’angle de réflexion.
1ère loi. Le rayon réfléchi est dans le plan d'incidence.
2ème loi. Loi des angles. L’angle de réflexion est égal à l’angle d’incidence. i = r.
3.2. Images par réflexion.
a. Expérience des 2 bougies. (Descartes 1637).
2 bougies placées symétriquement l’une de
l’autre par rapport au plan de la plaque de
verre. Si on allume une bougie, l’autre semble
aussi s’allumer.
A
plaque de
verre
A
sur l’axe
A
A
A’
écran
oeil
ou
image
réelle
A’
S
I
N
i
r
R
oeil
A’
image
virtuelle
A
faisceau
émergent

Physique Chapitres 13 et 15
3
b. Image d’un point.
Ceci est une conséquence des lois de la réflexion
L’image d’un point A à travers un miroir plan est un point A’ symétrique de A par rapport
au plan du miroir.
Tracés. représenter sur le schéma ci-contre l’image
A’ de l’objet A obtenue par réflexion.
En déduire la marche des rayons réfléchis
correspondant aux rayons incidents AI et AJ.
Hachurer le faisceau réfléchi correspondant.
c. Image d’un objet étendu à travers un miroir plan.
Représenter l’image A’B’ de l’objet AB. Préciser ses
caractéristiques (nature réelle ou virtuelle, position,
dimension) .
d. Champ d’un miroir plan.
Pour une position donnée de l’œil, le champ d’un
miroir désigne l’ensemble des points que l’œil peut
voir dans ce miroir.
Exercice. Construire le champ vu par
l’observateur O à travers son rétroviseur.
Pourra-t-il voir l’oiseau situé derrière lui ?
4. La réfraction de la lumière.
La réfraction de la lumière est la
modification de la direction de propagation
lors d’un changement de milieu transparent
(figure)
4.1. Lois de Snell-Descartes (voir cours de 2nde).
Descartes pouvait-il ignorer les résultats de
l’anglais Snell lorsqu’il publia les lois dans
son traité de « Dioptrique » ? On peut en
douter...(2nde)
1ère loi. Le rayon réfléchi est dans le plan d'incidence.
2ème loi. La loi des sinus. n1.sin i1 = n2.sin i2.
4.2. Image par réfraction.
Expérience.
Au fond d’un récipient à parois opaques, placer un objet
plat (par exemple une pièce de monnaie).
Placer l’œil de façon à ne plus apercevoir l’objet. Verser
ensuite de l’eau dans le récipient en veillant à ce que
l’objet ne bouge pas. Pourtant il réapparaît !!! Schéma et
explications.
A
I
J
milieu 1
milieu 2
rayon
incident
réflexion
partielle
rayon
réfracté
S
I
N
R
i1
i2
surface
de séparation
A
B
oeil
O

Physique Chapitres 13 et 15
4
 Quelle est l’image de votre main gauche dans un miroir plan ?
 Molécules chirales.
Conclusion. Un atome de carbone asymétrique est un atome de carbone lié à 4 groupements
différents. Une molécule possédant un atome de carbone asymétrique est chirale (kheir =
main), ce qui signifie qu’elle n’est pas superposable à son image dans un miroir. Un composé
à molécules chirales possède donc deux stéréoisomères, appelé énantiomères, dont les
molécules sont images l’une de l’autre et ne peuvent pas se superposer.
Exemple. La molécule d’acide lactique.
Montrer qu’elle est chirale. Effectuer la représentation de Cram
des 2 énantiomères, autour de l’atome de carbone asymétrique.
d. Quand on se regarde dans une cuiller.
Faire l’expérience, avec le creux ou avec le dos de la cuiller. Observations.
Constructions.
Les miroirs sont sphériques, de centre C. Dans chaque cas, utiliser la 2ème loi de Descartes pour
tracer l’image B’ de B. En déduire les caractéristiques de l’image A’B’ de l’objet AB.
C
A
B
C
A
B
OH
O
CH
C
OH
CH3

Physique Chapitres 13 et 15
5