Notes module 3 - physique 51421

Physique 51421
Module 3
Lumière et
optique
géométrique
Rappel : les ondes
• Il existe deux types d’ondes :
– Ondes transversale : les
déformations sont
perpendiculaire au déplacement
de l’onde. (ex : lumière)
– Onde longitudinale : les
déformations sont parallèles au
déplacement de l’onde. (ex : son)
transversale longitudinale
Caractéristiques des ondes
• Période (T)
• Fréquence (f)
• Longueur d’onde (λ)
• Amplitude (A)
• Vitesse (v)
Spectre électromagnétique
Équation d’onde
f
λ
v
=
La réfraction de la lumière
Vitesse de la lumière
• Dans le vide la vitesse de la lumière
est de 3 x 108m/s. Cette vitesse
varie selon le milieu.
Réfraction de la lumière
• Effet de la lumière qui plie en
pénétrant un milieu de densité
optique différente.

Lois de la réfraction
1) Le rayon incident, le rayon de
réfraction et la normale sont sur
le même plan
2) Si un rayon passe d’un milieu plus
vite à un milieu moins vite, le rayon
réfracté se rapproche de la
normale et vice-versa.
∠
∠∠
∠i
∠
∠∠
∠r
Plus vite
à moins vite
vide
eau
∠
∠∠
∠r
∠
∠∠
∠i
Moins vite
à plus vite
verre
eau
3)
2
1
sin
sin
1
2
vitesse
vitesse
r
i
n
n
=
∠
∠
=
n : indice de réfraction (voir p. 361)
Exemple 1
• Quel est l’indice de réfraction d’un
liquide dans lequel la vitesse de la
lumière est de 2,5 x 108m/s ?
Exemple 2
• L’indice de réfraction du diamant
est de 2,42. Quelle est la vitesse
de la lumière dans le diamant ?
Exemple 3
• Détermine l’angle de réfraction de
la lumière qui passe du vide à l’eau si
l’angle incident est de 30o. Quelle
sera la vitesse de la lumière dans
l’eau ?
Exemple 4
• Détermine l’angle de réfraction de
la lumière qui passe de l’eau au
verre si l’angle incident est de 25o.
Devoir
1) Calcule l’angle de réfraction de la
lumière qui passe du diamant au verre
si l’angle d’incidence est de 35
o
.
2) Au tableau

Angle critique
• Angle d’incidence qui produit un
angle de réfraction de 90o.
3 situations possibles
• Angle incident < Angle critique →Réfraction
• Angle incident = Angle critique →Angle de
réfraction =
90
o
• Angle incident > Angle critique →Réflexion
Exemple
• Calcule l’angle critique du verre par
rapport au vide.
Devoir
• Cahier
– Lumière et optique géométrique 1
(p. 16 -17)
La réflexion de la lumière
Réflexion de la lumière
• Effet de la lumière qui rebondit sur
une substance.
Rayon incident Rayon réfléchi
Normale
Miroir
∠
∠∠
∠i∠
∠∠
∠r
∠
∠∠
∠i = angle incident
∠
∠∠
∠r = angle réfléchi
Lois de la réflexion
1) L’angle d’incidence est égal à l’angle
de réflexion.
2) Le rayon incident, le rayon réfléchi
et la normale se trouvent tous sur le
même plan.
Les miroirs et les lentilles

Images virtuelles
• À l’endroit
• Ne peut pas être projeté sur un
écran
• Constitue une réflexion / aucun
rayon à l’image
Image réelle
• Toujours inversée
• Produit par des rayon de lumière
• Se projette sur un écran
Lentille convexe (convergente)
fc f c
f : foyer
c :centre de
courbure (2f)
Diagramme de rayons (p. 376)
• Pour les lentilles convexes :
– Un rayon parallèle à l’axe principale est
réfracté à travers le foyer.
– Un rayon passe directement à travers du
centre optique sans être dévié.
– Un rayon passe à travers le foyer et est
réfracté parallèle à l’axe principale.
L’image se forme au point d’intersection de
ces rayons
6 cas possibles pour les
lentilles convexes
• Voir transparents en classe
• Page 377 fig. 11.36 (Physique 11)
Miroir concave (convergent)
cf
Diagramme de rayons
• Pour les miroirs concaves :
– Un rayon parallèle à l’axe principale
est réfléchi à travers le foyer
– Un rayon passe à travers le foyer et
est réfléchi parallèle à l’axe
principale.
– Un rayon passe à travers le centre de
courbure et est réfléchi sur lui même.
6 cas possible pour miroir
concave
• Voir feuille distribuée en classe
• Page 330 (Physique 11)
Lentille concave (divergente)
Voir exemple en classe
cffc

Miroir convexe (divergent)
Voir exemple en classe
fc f c
Formules pour les lentilles et
les miroirs
Si
So
f
1
1
1
+=
So
Si
ho
hi
G
−
==
f : foyer
ho : hauteur de l’objet
hi : hauteur de l’image
So : distance de l’objet
Si : distance de l’image
G : Grossissement
Exemple 1
• Une lentille convexe possède un
foyer de 8 cm. Si un objet de 4
cm de hauteur est à 12 cm de la
lentille, calcule la hauteur et la
position de l’image :
a) à l’aide d’un schéma à l’échelle
b) à l’aide des formules
Exemple 2
• Un miroir concave avec un foyer de
12 cm produit une image. L’objet de
hauteur 4 cm est à une distance de
30 cm du miroir. Quelle est la
hauteur et la position de l’image ?
Exemple 3
• Un miroir concave de foyer 8 cm
produit une image 2 fois la hauteur
de l’objet. Quelle est la position de
l’objet et celle de l’image ?
Devoir
Cahier
Lumière et optique géométrique 2
(p. 18-19)