Synthèse optique pps

La lumière : émission,
propagation
1. Quelles sont les conditions pour voir un objet ?
1) Pour être vu, un objet doit émettre de la lumière.
Soit il produit la lumière qu'il émet soit il est éclairé
et renvoie la lumière qu'il reçoit.
2) Un objet n'est vu que si la lumière émise atteint
l'œil de l'observateur.
2. Propagation de la lumière dans un milieu transparent
Dans un milieu transparent et homogène la lumière
se déplace en ligne droite.
La lumière émise s'éloigne de
l'objet en ligne droite.
On la représente par des "rayons" lumineux,
segments de droite orientés.
Ces rayons n'ont pas de réalité physique, il n'y a pas de
"traits de lumière", ils ne représentent que les directions
de propagation de la lumière.
Dans le vide, la vitesse de propagation de la lumière
(célérité) est une constante universelle.
c : célérité dans le vide ~ 300 000 km/s
Dans les autres milieux transparents la lumière a une
célérité plus faible.
v=c/n
n ≥ 1 : indice de réfraction du milieu considéré
air : n = 1 environ
=> célérité dans l'air = ?
eau : n = 1,33
=> célérité dans l'eau = ?
verre : n = 1,5 environ => célérité dans le verre = ?
3. Types de lumière
Une lumière peut être caractérisée par sa vitesse de
propagation (ou "célérité") sa longueur d'onde l ou sa
fréquence N.
L'unité de fréquence est le Hertz (Hz) 1 Hz = 1 s-1
Ces grandeurs sont liées :
vitesse = longueur d'onde x fréquence
unités :
(m/s)
=
(m)
x
c = l.N
(Hz)
*Lumière monochromatique : lumière "pure" formée d'une seule
lumière, de longueur d'onde unique
ex : lumière rouge d'un laser de l = 700 nm
*Lumière polychromatique : lumière formée de plusieurs
lumières, de différentes longueurs d'onde
Lumières visibles :
lumières provoquant une réaction des cônes (vision colorée) ou
des bâtonnets (perception lumineuse) tapissant la rétine, c'est-àdire mettant en jeu le sens de la vision.
Ce sont toutes les lumières dont la longueur d'onde est comprise entre
400 nm (violet) et 750 nm (rouge).
Lumières non visibles
lumières non perceptibles par les yeux.
Infra-rouge
Lumières de longueur d'onde supérieure à 750 nm (rouge).
Certaines sont sensibles sous forme de chaleur.
Ultra-violet
Lumières de longueur d'onde inférieure à 400 nm (violet).
Déclenchent la production de mélanine (bronzage).
4. La lumière rencontre un obstacle opaque
4-1 L'obstacle opaque est rugueux
La lumière est diffusée : elle est renvoyée dans toutes les
directions.
rayon incident
rayons diffusés
4-2 L'obstacle opaque est parfaitement lisse
La lumière est réfléchie : elle est renvoyée une direction
privilégiée.
rayon incident
i1
rayon réfléchi
i2
Lois de la réflexion : 1) Le rayon incident, le rayon réfléchi et
la normale au point d'incidence sont dans le même plan.
2) L'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion i1 = i2
Le cerveau interprète toujours ce qui est vu comme si la lumière
se propageait en ligne droite mais, s'il y a réflexion, au lieu d'une
réalité, il voit une image.
L'image donnée par un miroir plan est symétrique de l'objet par
rapport au miroir.
miroir
I
Un des rayons
lumineux diffusé
par les pieds est
réfléchi par le
miroir en I et
parvient jusqu'à
l'œil.
Pour
l'observateur le
rayon IO semble
P
P' provenir de P',
H
image de P dans
le miroir.
P' est symétrique de P par rapport au miroir.
PH = HP'
5. La lumière change de milieu transparent
Lorsque la lumière change de
milieu transparent, la direction
de propagation change au
niveau de l'interface (le
"dioptre").
C'est la réfraction.
Remarque - la réfraction n’est pas le seul phénomène observable
au niveau du dioptre : une partie du rayon lumineux incident est
réfléchie par le dioptre.
Soient deux milieux par exemple l'air (indice n1) et l'eau (indice n2).
rayon incident
i1
Si l'eau est calme, sa surface est
plane, on a un dioptre air/eau plan.
i2
rayon
réfracté
Le rayon lumineux qui arrive sur le
dioptre est le rayon incident. Son
point de contact avec le dioptre est
le point d'incidence.
L'angle entre le rayon incident et la normale au dioptre au
point d'incidence est l'angle d'incidence i1.
Le rayon lumineux qui traverse le dioptre est le rayon
réfracté.
L'angle entre le rayon réfracté et la normale au dioptre au
point d'incidence est l'angle de réfraction i2.
Lois de la réfraction (Snell-Descartes):
1) Le rayon incident, le rayon réfracté et la normale au point
d'incidence sont dans le même plan
2) Pour un passage d'un milieu 1 à un milieu 2,
n1.sini1 = n2.sini2