Physique Optique propagation rflexion 1 Optique l l

Physique Optique – propagation, réflexion 1

Optique l l 2 Le cerveau nous ment ! Onde ou corpuscule ?

Introduction 3

Introduction l Optique géométrique : – l Optique ondulatoire : – l Interférences, polarisation, diffraction Optique quantique : – 4 Considère uniquement la direction de propagation concept : rayon lumineux « photon »

Plan l Propagation – – 5 Sources Corps transparents, opaques et translucides Rayons et faisceaux lumineux Célérité l Réflexion l Miroirs plans l Miroirs sphériques

Propagation : sources l l 6 Source naturelle Source artificielle Pas de distinction avec objet éclairé Ponctuelle ou continue

Propagation : corps transparents, opaques et translucides 7

Propagation : rayons et faisceaux lumineux l 8 Dans un milieu transparent, homogène, la lumière issue d'un point lumineux se propage suivant des droites issues de ce point.

Propagation : rayons et faisceaux lumineux l Droites = rayons lumineux l Faisceau = ensemble de rayons – Parallèle (ou cylindrique) Divergent Convergent – Impossible d’isoler un rayon – – 9

Propagation : célérité l = vitesse de propagation dans un milieu (m/s) l Célérité dans le vide c = 300. 000 km/s – – l Célérité dépend du milieu (et toujours < c) – – 10 (299792458 m/s) Vitesse maximum absolue pour l’information ceau = 225. 000 km/s cverre = 200. 000 km/s

Exemples et applications l 11 ex : Fizeau

Plan l Propagation l Réflexion – – 12 Loi de réflexion sur les miroirs Retour inverse l Miroirs plans l Miroirs sphériques

Loi de la réflexion l Rayon incident, réfléchi, I et n dans un même plan i = r 13

Loi de la réflexion : miroir plan 14

Loi de la réflexion : miroir courbe l Localement : plan tangent Convexe 15 Concave

Retour inverse l Si la lumière suit un trajet quelconque d'un point A à un point B, alors la lumière peut suivre exactement le trajet inverse de B vers A – 16 (ex : cas particulier i = 0)

Plan l Propagation l Réflexion l Miroirs plans – – 17 l Construction de l’image Champ d’un miroir Applications Exercices Miroirs sphériques

Miroirs plans : construction de l’image l Source continue ensemble de points l S’ image virtuelle ? – – l S’ objet virtuel ? (ex : lentille entre œil et miroir) – 18 symétrique de S triangles semblables ( Thalès/règle de 3) Identique (retour inverse) dans ce cas : S = image réelle

Miroirs plans : champ d’un miroir l 19 = région vue par l’observateur à travers le miroir

Miroirs : applications l l l 20 Périscope Catadioptre Miroir déformant Phares …

Exercices l Un individu prenant place à bord d'une automobile s'intéresse à la longueur de la façade d'une maison qu'il désire acheter. Une idée brillante lui permet d'effectuer son calcul. Il dispose son automobile dos à la maison de façon à ce que la façade de la maison occupe entièrement son rétroviseur. Le rétroviseur a une largeur de 20 cm et l'individu est placé au centre du rétroviseur, à 50 cm de ce dernier. L'individu estime que sa position est à 20 m du devant de la maison. Quelle est la longueur de la façade de la maison ? l Un rayon lumineux R se propage dans l'air en se réfléchissant successivement sur 3 miroirs plans M 1, M 2, M 3, perpendiculaires à un plan choisi comme plan de la figure. Les angles d'incidence en I 1 sur M 1 et en I 2 sur M 2 valent tous deux 60° et le rayon I 1 I 2 est dans le plan de la figure. – – 21 Que valent les 2 premières déviations angulaires du rayon ? Quelle doit être l'orientation de M 3 pour que, après les 3 réflexions, le rayon réfléchi définitif ait la même direction et le même sens que le rayon incident R?

Solutions l Longueur de la façade ? Le rétroviseur a une largeur de 20 cm et l'individu est placé à 50 cm de ce dernier. Sa position est à 20 m du devant de la maison. Quelle est la longueur de la façade ? – l L = 0, 2. (20+0, 5)/0, 5 = 8, 2 m Un rayon lumineux R se propage dans l'air en se réfléchissant successivement sur 3 miroirs plans M 1, M 2, M 3. I 1 et I 2 valent 60° – Que valent les 2 premières déviations angulaires du rayon ? l – Quelle doit être l'orientation de M 3 pour que, après les 3 réflexions, le rayon réfléchi définitif ait la même direction et le même sens que le rayon incident R? l 22 60°+60° = 120°-2 = 0° = 60°

Plan l Propagation l Réflexion l Miroirs plans l Miroirs sphériques – – 23 Construction de l’image Exercices

Miroirs sphériques l Un rayon – – par C n’est pas dévié par F dévié // à l’axe dévié par F par S même angle choisir 2 rayons 24

Miroirs sphériques : construction de l’image (concave) l 25 http: //www. sciences. univnantes. fr/sites/genevieve_tulloue/optique. Geo/miroirs/miroir_spherique. php

Miroirs sphériques : concaves et convexes l Convexe ? Même construction mais à l’envers – – l réel virtuel réel Formules ? – Système d’axes (< 0 à gauche de S et > 0 à droite) l l l 26 – f = distance focale p = distance objet p’ = distance image 1/f = 1/p + 1/p’

Exercices l Représenter l'image d'un objet par un miroir (a) concave et (b) convexe de distance focale |FS| = 2 cm, – – – sur un même dessin, pour un objet réel, placé à une distance de respectivement 10 cm, 6 cm, 4 cm, 3 cm, 1, 5 cm et 0, 5 cm du sommet S, sur un même dessin, pour un objet virtuel, placé à une distance de respectivement 0, 5 cm, 2 cm et 6 cm du sommet S. Vérifier les résultats avec la formule. l 27 l Conseil : utiliser le même rayon // à l’axe pour toutes les constructions sur un même dessin Solution au tableau

Solutions l l 28 Dessin voir tableau Vérification à l’aide de la formule 1/f = 1/p+1/p’ concave convexe f -2 f 2 p p' -10 -2, 5 -10 1, 67 -6 -3 -6 1, 5 -4 -4 -4 1, 33 -3 -6 -3 1, 2 -1, 5 6 -1, 5 0, 86 -0, 5 0, 67 -0, 5 0, 40 0, 5 -0, 4 0, 5 -0, 67 2 -1 2 / 6 -1, 5 6 3

Récapitulatif l 29 1/f = 1/p + 1/p’

Exercices récapitulatifs 30

Solutions Concave l Image réelle inversée – Vérification avec la formule 1/f = 1/p+1/p’ l l l 31 Convexe Considérons f = -1 (m) Objet p -1, 6 (m) Image p’ = 1/(1/f-1/p) 1/(-1/1 -(-1/1, 6)) -2, 67 (m)

Optique 32