Partie 1 - Observer : Couleurs et Images Physique 1S

Partie 1 - Observer : Couleurs et Images
Physique 1S
Correction Contrôle n°1 - Œil et Lentilles minces
I- L’oeil
1- Légendes
6
5
1- cornée ; 2- humeur aqueuse ; 3- iris ; 4-muscles ciliaires ; 5-rétine ; 6- humeur vitrée ;
7- cristallin
2- les constituants transparents : cornée, humeur aqueuse, cristallin, humeur vitrée.
- les constituants transparents qui font converger les rayons lumineux : les rayons subissent des
réfractions aux interfaces suivantes : air-cornée ; cornée-humeur aqueuse ; humeur aqueusecristallin ; cristallin-humeur vitrée.
- un muscle intervient pour changer la géométrie de l’iris (ouverture de la pupille) ; les muscles
ciliaires interviennent pour modifier la géométrie du cristallin.
3- L’oeil réduit :
II- Déterminer la position et la taille d’une image par construction
graphique
1 -2 - Construction de l’image : voir ci-dessous.
3- L’image est réelle, observable sur un écran, renversée, plus petite que l’objet.
Taille de l’image : sur le schéma, l’image mesure 7,0 mm ; ce qui représente A’B’ = 1,4 cm dans la
réalité ( A' B '  1,4cm ).
4- Le capteur doit être située à l’endroit où se forme l’image. Sur le schéma, on mesure 2,0 cm
entre la lentille et l’image, ce qui, avec l’échelle, représente 4,0 cm en réalité. OA' = 4,0 cm.
Le capteur doit être placé à 4,0 cm de l’objectif.
Propagation de la lumière
+
+
5-
a- Lorsqu’on rapproche la rose de l’objectif, la distance objectif-capteur augmente.
b- La taille de l’image augmente lorsque la distance objet-objectif diminue.
III- Calculer la position et la taille d’une image
1- La distance focale f’ du cristallin est : f '
Application numérique : f ' 
1
C
1
 0,020m .
50
La distance focale du cristallin est égale à 0,020 m, soit 2,0 cm.
- La distance entre la montre et le cristallin est égale à
2- D’après la relation de conjugaison
soit
OA' 
1
1
1
1
1
1 OA  f '

 , soit
,

 
OA' OA f ' OA  f '
OA' OA f '
OA  f '
.
OA  f
Application numérique :
OA' 
OA = - 40,0 cm
 40,0  2,0
 2,1cm
 40,0  2,0
La distance entre le cristallin et la rétine est égale à 2,1 cm.
3- D’après la relation de grandissement,  
Application numérique :
A' B'  2,0 
OA' A' B'
OA'
, soit A' B'  AB 

OA
AB
OA
2,1
 0,11cm
 40,0
L’image (formée sur la rétine) est dans le sens opposé à l’objet et mesure 1,1 mm.
IV- La presbytie
Données de l’énoncé :
Vergence du cristallin C<Cmax = 60δ.
Distance lentille-cristallin
On cherche à déterminer
OA' = 17.10-3 m
OA .
D’après la relation de conjugaison
OA 
1
1
1  C  OA'
1
1
1
, soit

C 


 C , soit
OA OA'
OA'
OA' OA f '
OA'
1  C  OA'
Or C  <Cmax,
1  C  OA'  1  Cmax  OA' ,
1
1

soit
,
1  C  OA' 1  Cmax  OA'
soit
soit
OA 
OA'
OA'
, avec OA' >0

1  C  OA' 1  Cmax  OA'
Application numérique :
OA 
17.103
 0,85m
1  60 17.103
La distance minimale OA à laquelle la personne presbyte peut voir sans lunettes est égale à 85cm.
Le premier signe de la presbytie est donc d’éloigner l’objet à voir, « à bout de bras ».
V- La cataracte
Données de l’énoncé :
Vergence des lunettes C = 15 δ
1L’accommodation de l’œil consiste à ce que l’œil s’adapte à l’observation d’objets éloignés
ou proches. Pour cela, il modifie sa distance focale en déformant son cristallin, à l’aide des
muscles ciliaires.
La vergence du cristallin augmente lorsque le cristallin se bombe (vision d’objets « proches »).
La vergence du cristallin diminue lorsque le cristallin n’est pas bombé (au repos) pour une vision
de loin.
Le patient opéré ne peut accommoder puisqu’il n’a plus de cristallin.
2Pour voir un objet plus proche de lui, le patient doit porter des verres correcteurs de
vergence supérieure à 15 δ. En effet, plus l’objet s’approche, plus la vergence du système optique
doit augmenter (la distance lentille-rétine étant constante).
3- Quelle est cette distance lentille-rétine ?
Lors d’une vision au loin, considérée à l’infini, on considère que l’image se forme dans le plan focal
de la lentille. Ainsi OA ' 
1
, avec C = 15 δ.
C
On cherche à déterminer Cverre du verre correcteur porté lors d’une vision proche, avec
OA = -0,30 m
On utilise la relation de conjugaison
soit
Cverre 
1
1

 Cverre ,
OA' OA
OA  OA'
OA'  OA
Application numérique :
Cverre 
 0,30  1 / 15
 18
1 / 15  (0,30)
La vergence du verre correcteur doit être égale à 18 δ, ce qui corrobore la réponse à la
question 2.
Information Cataracte :
L’opération a été inventée par le chirurgien Franco au XVIe siècle. L'intervention consiste à enlever le cristallin
opaque, et le remplacer par un cristallin artificiel (implant intra-oculaire) qui prend place dans l'« enveloppe »
du cristallin (appelée capsule) laissée partiellement en place pendant l'intervention (extraction extracapsulaire). Cette intervention est actuellement très au point, et se fait classiquement sous anesthésie de contact
ou locale. L’intervention se fait généralement pour les patients jeunes (inférieur à 30 ans) sous anesthésie
générale. L'intervention dure une dizaine de minutes, est indolore, et la vue revient très rapidement, sous réserve
de la normalité des autres structures oculaires.
L'implant peut être à focales multiples permettant une vision correcte de près comme de loin.