Optique et vision
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La physique pour expliquer le fonctionnement de l’œil Optique et vision I) Pourquoi peut-on voir ? On voit car un objet émet (ou réémet selon que la source est primaire ou secondaire) de la lumière qui entre dans l’œil. La lumière traverse des parties transparentes (cornée, humeur vitreuse, cristallin, humeur aqueuse) puis est arrêtée par la rétine. Cette rétine est tapissée de cellules (cônes pour le jour, bâtonnets pour l’obscurité) sensibles à la lumière et reliées directement au cerveau par le nerf optique. Le cerveau interprète les influx nerveux de la manière suivante : la lumière captée s’est propagée en ligne droite entre le corps émetteur et l’œil. 1) Selon vous, correcte ? cette interprétation est-elle toujours 2) Pouvez-vous imaginer des expériences pour vérifier cela ? Optique et vision II) Qu’appelle-t-on «accommodation » ? Œil réduit au tableau. Lorsqu’un objet se trouve infiniment loin de l’œil, l’image se fait sur la rétine alors que tous les muscles sont au repos, notamment celui qui joue sur le cristallin. 1) Lorsqu’un objet se rapproche, que constate-t-on ? 2) Comment peut-on remédier à ce problème ? 3) Pouvez-vous déterminer les valeurs de votre « punctum proximum » et votre « punctum remotum » ? Optique et vision III) Qu’est-ce que la myopie ? L’hypermétropie ? La presbytie ? Étant donnée l’importance, pour la vision, des milieux transparents et tout particulièrement du cristallin, nous allons étudier les propriétés de cristallins simplifiés : les lentilles convergentes. http://www.excel-vision.net/ftp/images/myopie.jpg http://www.ophtalis.tm.fr/images/OeilHypermetropie.jpg Optique et vision IV) Comment déterminer si une lentille est convergente ou si elle est divergente ? 1) On regarde à travers elle un texte. La lentille divergente … le texte, alors que la lentille convergente … le texte. 2) On détermine, à l’aide du toucher, si elle possède des bords plus épais que le centre (lentille … ) ou si ses bords sont plus fins (lentille … ). 3) Plus une lentille est … et plus elle est convergente. 4) On analyse le trajet des rayons lumineux à travers une lentille : comment peut-on effectuer une telle expérience ? Optique et vision V) Comment faire pour obtenir une image à l’aide d’une lentille mince convergente (partie I) ? 1) Vous disposez d’un banc d’optique, d’une source lumineuse, de lentilles minces et d’un écran. Fixer la distance entre la lanterne et la lentille à 50 cm. Déplacer l’écran de manière à observer une image (nette, par définition). 2) Décrire l’image que vous obtenez. 3) Vous rapprochez la lentille de la source lumineuse et vous retrouvez l’image sur votre écran. Comment cette image a-t-elle évolué ? Vous éloignez maintenant la lentille de la source, comment l’image évolue-t-elle ? Optique et vision VI) Comment faire pour construire les trajets des rayons lumineux à travers une lentille convergente ? Une lentille possède un axe de symétrie : c’est sur cet axe que sont toujours centrés les instruments d’optique. On l’appelle l’axe optique. Le centre de la lentille est le centre optique. 1) Qu’appelle-t-on « objet » et « image » ? 2) Où l’image d’un objet situé infiniment loin sur l’axe optique estelle située ? 3) Où un objet doit-il se trouver pour donner une image infiniment éloignée ? 4) Quelle est la relation entre la distance focale et le nombre écrit sur le bord de la lentille ? 5) Comment faire pour mesurer la distance focale d’une lentille mince convergente ? 6) Qu’arrive-t-il au rayon passant par le centre optique de la lentille ? 7) Comment construire le trajet des rayons à travers une lentille mince convergente ? Optique et vision VII) Comment faire pour obtenir une image à l’aide d’une lentille mince convergente (partie II) ? 1) Essayer d’obtenir une image agrandie et non retournée à l’aide d’une lentille convergente et d’une lentille divergente. 2) En utilisant un schéma fait à l’échelle, prévoir où se trouvera l’image d’un objet donnée par une lentille de vergence égale à 8 δ. Vous vérifierez votre construction à l’aide d’une expérience. Optique et vision VIII) Peut-on distinguer deux objets très proches ? L'illusion a été créée par Philippe G. Schyns et Aude Oliva de l'Université de Glasgow 1) Qu’appelle-t-on pouvoir séparateur de l’œil? 2) Pouvez-vous imaginer une expérience pour déterminer ? le Optique et vision VIII Construction d’un œil réduit 1) Vous disposez du matériel nécessaire à la confection d’un œil réduit. 2) Modéliser un œil myope, puis un œil hypermétrope. Déterminer l’endroit où se forment les images. 3) Modéliser les corrections des yeux précédents. Déterminer l’endroit où se forment les images. Optique et vision IX) D’où les couleurs de l’arc-en-ciel viennent-elles ? 1) 2) Pourriez-vous imaginer une expérience permettant de modéliser l’arcen-ciel ? L’expérience de Newton. Vous effectuerez ce montage a) b) c) d) e) f) Quel est l’effet du prisme sur la lumière incidente ? Vous déplacerez le prisme et l’écran pour avoir le meilleur spectre possible. Observations Schématiser Qu’appelle-t-on la synthèse additive des couleurs ? Qu’est-ce qu’une lumière monochromatique ? Polychromatique ? Onde lumineuse et couleur. Optique et vision Un réseau est une succession de traits fins, très rapprochés : les réseaux dont vous disposez comptent autour de 1000 traits par cm. Vous effectuerez ce montage : f) Quel est l’effet du réseau sur la lumière incidente ? Vous déplacerez le réseau et l’écran pour avoir le meilleur spectre possible. g) Observations h) Schématiser Optique et vision 3) Filtres : interposer, avant le système dispersif, un filtre coloré. Répéter l’opération pour diverses couleurs. Vous effectuerez ce montage : a) b) c) d) e) Observations Schémas Conclusions Rangement Qu’appelle-t-on la synthèse soustractive des couleurs ? Optique et vision 4) Qu’appelle-t-on complémentaires » ? « couleurs 5) Connaissez-vous des applications de la synthèse additive et de la synthèse soustractive ? 6) Un objet a-t-il une couleur propre ? Pouvez-vous imaginer une expérience permettant de répondre à cette question ? Optique et vision XI) Pourquoi les illusions d’optique existent-elles ? Recherches sur : Les mirages Le cinéma La couleur blanche
