Conceptions en optique géométrique

Conceptions en optique
géométrique
Christian Buty
[email protected]
24 novembre 2005
B3C
Plan de l’exposé
• La lumière issue d’un objet
• La formation de l’image d’un objet à travers
un système
• Application à une situation de classe
La lumière issue d’un objet
Le point de vue de la physique :
• un objet lumineux peut être décomposé en
points-sources
• de chaque point-source part un faisceau de
rayons dans toutes les directions de l’espace
• on voit de la lumière quand elle entre dans
notre oeil
La lumière issue d’un objet.
Conceptions (1)
• Le bain de lumière :
– Nous vivons dans un « bain de lumière », d’origine indistincte,
dont la propagation s’apparente plus à celle d’un fluide qu’à la
propagation rectiligne
• Vision de la lumière :
– On peut voir de la lumière de n'importe où, y compris sur le
côté par rapport à sa direction de propagation
La lumière issue d’un objet.
Conceptions (2)
• Un objet lumineux produit des rayons
parallèles qui voyagent à travers l'espace
• La direction horizontale est privilégiée
• La lumière émise par un objet est une
globalité
La formation de l’image
Le point de vue de la physique :
• Sous certaines conditions, tous les rayons
issus d’un point-source se rejoignent à la
sortie du système optique, en un point qu’on
appelle le point-image
• L’ensemble des points-images constitue
l’image de l’objet initial
La formation de l’image.
Conception de l’image voyageuse
• La lumière-émise-parun-objet transporte
« l’image » de cet objet :
 l ’image est observable de
façon délocalisée.
• Cette « image » est une
entité quasiment
matérielle :
 elle peut agir avec des
objets matériels.
Conception de l’image voyageuse.
Conséquences (1)
• L'image d'un objet à travers un système
optique dépend essentiellement de l'objet, et
très peu du système optique
• On peut voir une image sur un écran même
si on enlève la lentille
• Le rôle de l'écran étant de permettre de voir
l'image, il est impossible de voir une image
sans surface pour la projeter
Conception de l’image voyageuse.
Conséquences (2)
• Un cache placé devant la lentille élimine
une partie de l'image
Conception de l’image voyageuse.
Conséquences (3)
• Puisque l’image se déplace le long d’un
faisceau de lumière, un écran d’observation
peut faire apparaître une image où qu'il soit
placé, la mise au point n'a pas lieu d'être
• Les images se comportent comme des
sources lumineuses isotropes pour l'espace
situé après le système optique
Application à la compréhension des
déclarations des élèves en classe
• On demande aux élèves de
prévoir dans quelles conditions
on peut réaliser une
photographie acceptable de la
constellation d’Orion.
Orion
On leur distribue un
matériel (lanterne,
lentille) avec lequel
modéliser la prise de
vue de la constellation.
Où doit-on placer
l’écran (qui représente
la pellicule photo)
pour obtenir une
photographie
acceptable ?
Références pour aller plus loin
• Galili I. (1996). Students' conceptual change in
geometrical optics. International Journal of
Science Education, vol. 18 n° 7, pp. 847-868.
• Galili I., Hazan A. (2000). Learner’s knowledge
in optics : interpretation, structure and analysis.
International Journal of Science Education, vol.
22 n° 1, pp. 57-88.