Premiere

Première
Résumé de cours de physique
1 Ondes
1.1 Ondes électromagnétiques
Une onde électromagnétique est un signal périodique qui, suivant sa fréquence, peut être
une onde radio, de la lumière, des rayons X etc.. Elle peut se propager sans support
matériel, donc dans le vide.
Echelle des fréquences
La lumière est une onde électromagnétique.
La vitesse de la lumière dans le vide (et presque dans l'air) est c=3,00
108
m/s. Dans ces
milieux homogènes, la lumière se propage en ligne droite.
La longueur d'onde est :
λ=cT=c/ν
avec
ν=1/T
(prononcer « nu ») est la fréquence
de l'onde.
Chaque photon transporte le quantum (paquet) d'énergie :
ΔE=hν=hc
λ
h est la
constante de Plank :
h=6,63 .10−34
Dans cette formule
ν
(prononcer « nu ») est la fréquence de l'onde.
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1.2 Optique
1.2.1 Les lentilles
Observer un objet avec une lentille
On peut classer les lentilles en deux catégories, selon la forme de leur profil. Les lentilles
dites « convergentes » sont à bord mince. Les lentilles dites « divergentes » sont à bord
large.
A chaque sorte de lentille correspond un symbole.
Quand on regarde au travers d’une lentille divergente, l’image est toujours à l’endroit et
plus petite que la réalité. Cela est donc bien différent de ce que l’on voit au travers d’une
loupe, lentille convergente, dont l’effet est grossissant.
Le trajet de la lumière au travers des lentilles
Lorsqu’un faisceau de lumière arrive perpendiculairement à une lentille à bord mince, les
rayons de lumière qui composent ce faisceau ressortent de la lentille en se dirigeant tous
vers un même point, appelé foyer de la lentille :
Le foyer est un point de croisement des rayons de lumière. Au foyer, l’énergie lumineuse
est très concentrée.
La distance entre la lentille et son foyer est appelée distance focale de la lentille. La
distance focale est plus courte si la lentille est plus bombée.
On peut obtenir une image d’un objet sur un écran au moyen d’une lentille convergente.
Visionne le film qui montre comment on peut obtenir l’image d’un objet, au moyen d’une
boîte noire à coulisse.
L’œil humain
L’œil humain peut être représenté, sous une forme simplifiée, par une lentille convergente
(appelée « lentille de l’œil ») qui concentre la lumière sur la rétine, membrane sensible à la
lumière :
Seule une toute petite partie de la rétine permet une vision bien nette : c’est la fovea.
Pour faire la mise au point exactement sur la fovea, la « lentille de l’œil » se bombe plus
ou moins.
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L’image formée sur la fovea est à l’envers par rapport à la réalité.
Quand on est myope, la « lentille de l’œil » est trop bombée. Il faut porter des verres
correcteurs divergents.
Quand on est hypermétrope, la « lentille de l’œil » n’est pas assez bombée. Il faut porter
des verres correcteurs convergents.
Lorsque nous regardons un objet lointain, nous le voyons net. Simultanément, un objet se
trouvant plus près de nous sur le même axe nous paraît flou. Si nous regardons
maintenant cet objet rapproché, notre œil accommode sur celui-ci (nous le voyons net) et
l’objet lointain devient flou. L’accommodation de l’œil se fait par des déformations du
cristallin qui ajustent la convergence du système optique aux dimensions de l’œil pour que
l’image soit nette sur la rétine.L’œil accommode d’autant plus qu’il observe un objet
proche. Lorsque l’œil n’accommode pas, le cristallin est ‘‘aplati’’ et peu convergent.
La limite éloignée c’est-à-dire le point vu nettement sans accommoder est le punctum
remotum (PR). La limite proche c’est-à-dire le point vu nettement en accommodant au
maximum est le punctum proximum (PP)
Le punctum remotum est situé à l’infini. L’œil normal voit net à l’infini sans accommoder.
Le punctum proximum dépend des individus et de l’âge mais se situe environ à une
quinzaine de centimètres.
1.2.2 Images formées par une lentille convergente
Il existe deux sortes de lentilles : à bords minces (convergentes), à bords épais
(divergentes).
Formule de conjugaison :
1
OA ' =1 OA 1 f '
f' est la distance focale de la lentille (=OF=OF');
C=1
f '
est la vergence de la lentille en dioptries.
Formule du grandissement :
A' B '
AB =OA' OA
Une image réelle se forme après la lentille.
Une image est virtuelle si elle se forme avant la lentille.
Principes de construction :
Les rayons passant par le centre optique de la lentille ne sont pas déviés.
Quand le rayon lumineux incident est parallèle à l'axe optique, le rayon émergeant passe
par F'
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Quand le rayon lumineux passe par F, le rayon émergeant est parallèle à l'axe optique de
la lentille.
Lorsque l'objet est très éloigné de F sur l'axe optique, son image est proche de F'. Plus
l'objet s'approche de F, plus son image s'éloigne de F' vers l'infini.
Lorsque l'objet est situé entre F et la lentille, son image est droite, plus grande que lui et
située du même côté de la lentille que lui.
Lorsque l'objet AB est à l'infini, l'image de A par la lentille est en F' et celle de B se trouve
dans le plan focal image.
L'image d'un objet AB situé dans le plan focal objet se trouve à l'infini.
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Pour construire l'image d'un point B, on intersecte les deux rayons issus de B suivants :
celui passant par O
celui parallèle à l'axe et passant par F'
1.3 Couleurs
1.3.1 Synthèse additive
On appelle lumière blanche toute lumière dont la décomposition par un élément dispersif
(prisme, réseaux) fournit un spectre continu, celui de l'arc-en-ciel. La lumière du soleil est
une lumière blanche.
Une couleur spectrale correspond à une lumière dont le spectre ne présente qu'une
unique couleur.
La couleur perçue d'une lumière est l'impression visuelle qu'elle nous donne.
On appelle couleurs complémentaires des couleurs perçues dont les spectres sont
complémentaires.
Le daltonisme désigne une anomalie de la vision des couleurs due à la déficience d'un
type de cône.
La synthèse additive de la lumière consiste à superposer 1,2 ou 3 faisceaux colorés
rouges, vert et bleu d'intensités différentes. Le spectre du faisceau résultant s'obtient en
ajoutant les spectres de ces faisceaux.
1.3.2 Synthèse soustractive.
La synthèse soustractive de la lumière consiste à placer sur le trajet d'une lumière blanche
incidente 1,2 ou 3 filtres colorés cyan, magenta et jaune plus ou moins transparents. Le
spectre du faisceau résultant est le spectre de la lumière blanche auquel il faut retirer les
portions du spectre absorbées par chaque filtre.
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