TP oeil - Description

TP œil
Objectifs :
Comprendre le phénomène d’accommodation
Correction de la myopie et de l'hypermétropie
A- Description de l'œil
Compléter le schéma suivant en
plaçant la légende : cristallin,
cornée, humeur vitrée, iris,
nerf optique, pupille, rétine,
choroïde, sclérotique, humeur
aqueuse.
Indiquer le rôle de la pupille,
du cristallin et de la rétine.
B- Modélisation de l’œil
Nous allons simuler le comportement de l’œil à l'aide d'une lentille, d'un diaphragme et d'un
écran.
Indiquez à quoi correspond chaque élément optique cité ci dessus par rapport à l’œil.
On considérera dans la suite du TP que la distance lentille-écran est constante , égale à 10 cm.
Le diaphragme sera systématiquement placé devant la lentille (Lc).
1- Vision d'un objet éloigné
Réaliser le montage suivant :
Placer l'objet sur le repère 20
Placer la lentille L2 (vert) de focale f2' = 16 cm sur le repère 36
Placer la lentille Lc (noir) sur le repère 60 et l'écran sur le repère 70.
L'objet placé au foyer objet de la lentille L2 permet d'obtenir une image de cet objet à l'infini
c'est à dire comme si l'objet était très loin.
Observer l'image sur l'écran (rétine)
Décrire cette image.
Existe-t-il plusieurs positions de l’objet permettant d’obtenir une image nette sur la rétine ?
Quelle est l'influence du diaphragme sur l'image ?
2- Vision d'un objet proche - Accommodation du cristallin
Réaliser le montage suivant :
Placer l'objet sur la graduation 20
Placer la lentille Lc (noir) sur la graduation 30 et l'écran sur la graduation 40.
Observer l'image sur l'écran. Est elle nette ?. L'image se forme-t-elle en avant ou en arrière de
la rétine (la rétine étant à 10 cm du cristallin dans notre modélisation).
Quelles sont les deux possibilités pour avoir une image nette ?
Peut on former une image lorsque l'objet est très proche de la lentille ? (< 10 cm)
Remplacer la lentille Lc( noir) par une autre lentille afin d'obtenir une image nette. La lentille
restera sur le repère 30 et l'écran sur le repère 40.
Donner les caractéristiques de cette nouvelle lentille.
Est elle plus ou moins convergente que Lc ( noir)?
Schématiser à l'échelle sur papier millimétré l’œil réduit ainsi que la position de l'objet et son image
dans les deux cas.
La maquette de l’œil que nous avons réalisé possède un cristallin de forme variable (soit une
lentille convergente de distance focale variable). C'est le phénomène d’accommodation qui
permet de changer la vergence du cristallin afin d'obtenir une image nette sur la rétine.
3- Distance minimale et maximale de vision nette
Expérience 1
Placer un objet très proche de votre œil. Son image est-elle nette ?
Déterminer alors expérimentalement la plus petite distance de vision nette de votre œil.
Le punctum proximum est le point le plus proche qu'un œil peut voir nettement, en accommodant
au maximum. Avec l'âge, ce point s'éloigne progressivement de l'œil.
Expérience 2
Regarder par la fenêtre un objet éloigné. A quelle distance est l’objet le plus éloigné que vous
pouvez voir nettement ?
Le punctum remotum (PR) est le point le plus éloigné que puisse voir l'œil sans mettre en jeu son
accommodation
C- Les défauts de vision
1- La myopie
La myopie se traduit par une gêne pour voir les objets éloignés. Le cristallin est trop convergent
et les images des objets éloignés se forment avant la rétine. Le cerveau reçoit une image floue.
Réaliser cette situation à l'aide des valeurs suivantes :
Placer l'objet sur le repère 20
Placer la lentille Lc (bleu) sur le repère 54 et l'écran sur 64.
L'image formée est elle en avant ou en arrière de la rétine ?
Quelle lentille L2 faut il placer juste devant la lentille Lc pour corriger l'image (pour avoir une
image nette) ?
Quelles sont ses caractéristiques de cette lentille ?
L'association des deux lentilles accolées peut être considérée comme une seule lentille. Quelle
est la nature, convergente ou divergente de la lentille équivalente ?
Calculer à partir de la relation de conjugaison la distance focale de la lentille équivalente ? En
déduire la vergence.
Comparer cette valeur à la somme des vergences des deux lentilles.
2- hypermétropie
L’hypermétropie se traduit par le fait que l’œil doit faire des efforts pour obtenir une image
nette. En effet, le cristallin d’un hypermétrope n’est pas assez convergent et les images se
formeraient, si cela était possible, au-delà de la rétine.
Réaliser cette situation avec les valeurs suivantes :
Placer l'objet sur le repère 20
Placer la lentille Lc (vert) sur le repère 80 et l'écran sur le repère 90
L'image formée est elle en avant ou en arrière de la rétine ?
Par quelle lentille L2 faut il placer juste devant la lentille Lc pour obtenir une image nette
Mêmes questions que le 1-Myopie.
Annexe : code de couleur des lentilles
Couleur
Noir
Bleu
Vert
Rose
Noir
Distance focale
f' en cm
10
5
16
25
-7
Vergence en δ
10
20
6,3
4
-14
Nature
Convergente
Convergente
Convergente Convergente
Divergente
TP œil
corrigé
A- Description de l'œil
Schéma de l'œil complété :
cornée
sclérotique
iris
choroïde
pupille
rétine
cristallin
nerf optique
humeur aqueuse
humeur vitrée
La pupille est l'ouverture qui permet de moduler la quantité de lumière qui pénètre dans l'œil,
le cristallin associe à un objet son image et la rétine recueille cette image.
B- Modélisation de l’œil
Le diaphragme modélise la pupille, la lentille modélise le cristallin et l'écran modélise la rétine.
1- Vision d'un objet éloigné
L'image observée est nette, renversée et plus petite que l'objet.
Il n'existe pas plusieurs positions de l’objet permettant d’obtenir une image nette sur la
rétine
Le diaphragme donne une image moins lumineuse mais plus nette.
2- Vision d'un objet proche - Accommodation du cristallin
L'image observée sur l'écran est floue. Elle se forme en arrière de la rétine.
Les deux possibilités pour avoir une image nette sont de:
changer la distance lentille-écran
changer de lentille
Si l'objet est très proche de la lentille (< 10 cm), il n'est pas possible d'obtenir une image
sur l'écran, dans ce cas l'image est virtuelle.
La nouvelle lentille est plus convergente que la lentille Lc ( noir), sa distance focale est
f' = 5 cm, lentille Lc (bleu).
Schématisation
Objet à l'infini
B ∞
F' A'
O
B'
échelle 1
Objet proche de l'œil (à 10 cm)
B
F
O
F'
A'
A
B'
échelle 1/2
3- Distance minimale et maximale de vision nette
Plus l'objet observé est proche de l'œil, plus le cristallin est bombé et plus sa distance focale
est petite. Si l'objet est trop proche, l'œil ne peut plus faire la mise au point. L'objet a atteint
le punctum proximum : environ 25 cm pour un œil normal (emmétrope).
Si l'objet observé est très éloigné, le cristallin n'est pas déformé, l'œil n'accomode pas et le
foyer image est sur la rétine. L'objet est au punctum remotum : l'infini pour un œil normal.
C- Les défauts de vision
1- La myopie
L'image se forme sur le repère 59,3, elle se trouve donc en avant de la rétine.
La lentille L2 qu'il faut placer juste devant la lentille Lc pour avoir une image nette est une
lentille divergente de distance focale f' = - 7 cm lentille L2 (noir).
L'association des deux lentilles permettant d'obtenir une image réelle sur l'écran peut être
considérée comme une seule lentille convergente.
Calcul de la distance focale à partir de la relation de conjugaison :
OA ' × OA
1
1
OA − OA'
1
1
1
1
=
+
⇒
=
=
et OF ' =
OA
OA − OA'
OA '
OF '
OA' × OA
OF' OA' OA
10 × ( −34)
avec OA = - 34 cm et OA' = + 10 cm, on a OF ' =
= +7,7 cm
−34 − 10
1
1
et la vergence est C =
=
= + 12,9 δ.
7, 7.10−2
OF '
La somme des vergences des deux lentilles est Ct = Cb + Cn = 20 – 14 = 6 δ (les résultats
devraient être semblables, il faut vérifier les valeurs des distances focales des lentilles
utilisées).
2- L'hypermétropie
L'image se forme en arrière de la rétine.
La lentille L2 qu'il faut placer juste devant la lentille Lc pour avoir une image nette est une
lentille convergente de distance focale f' = + 25 cm lentille L2 (rose).
L'association des deux lentilles permettant d'obtenir une image réelle sur l'écran peut être
considérée comme une seule lentille convergente.
Calcul de la distance focale à partir de la relation de conjugaison :
OF ' =
OA ' × OA
OA − OA'
avec OA = - 60 cm et OA' = + 10 cm, on a OF ' =
10 × ( −60)
= +8,6 cm
−60 − 10
1
1
=
= + 11,6 δ.
8, 6.10 −2
OF '
La somme des vergences des deux lentilles est Ct = Cv + Cr = 6,3 + 4 = 10,3 δ (les résultats
concordent avec un écart relatif de 12 %).
et la vergence est C =