Progression des ondes lumineuses

➔ Lorsqu'un rayon lumineux arrive à la surface de séparation de deux milieux transparents, il change de direction et se sépare en :

• Un rayon réfléchi : reste dans le premier milieu.
• Un rayon réfracté : pénètre dans le deuxième milieu.

➔ Les rayons incident, réfléchi et réfracté sont dans un seul plan, appelé plan d'incidence.

➔ Les angles d'incidence $i_1$ et de réflexion $r$ sont égaux : $$i_1 = r$$

➔ Les angles d'incidence $i_1$ et de réfraction $i_2$ vérifient la relation : $$n_1 \times \sin i_1 = n_2 \times \sin i_2$$ où $n_1$ et $n_2$ sont les indices de réfraction des milieux 1 et 2.

➔ L'indice de réfraction $n$ est une grandeur sans unité qui traduit les changements de la vitesse de la lumière quand elle change de milieu. Il est défini par : $$n = \frac{c_{vide}}{c_{milieu}}$$ où $c_{vide} = 3,00 \times 10^8 \, \text{m/s}$ est la vitesse de la lumière dans le vide.

Exemples d'indices de réfraction :

Milieu	Indice de réfraction	Vitesse de la lumière
Vide et air	1,00	$3,00 \times 10^8 \, \text{m/s}$
Eau	1,33	$2,25 \times 10^8 \, \text{m/s}$
Plexiglas	1,49	$2,01 \times 10^8 \, \text{m/s}$

➔ La dispersion de la lumière est la séparation des différentes radiations lumineuses qui composent cette lumière.

Un prisme ou un réseau permettent de décomposer un faisceau de lumière blanche en un faisceau comportant toutes les radiations, du violet au rouge.

➔ Dans un milieu dispersif, l'indice de réfraction dépend de la longueur d'onde de la radiation qui le traverse.

Les lois de Snell-Descartes permettent alors d'interpréter le phénomène de dispersion : chaque radiation est déviée différemment selon sa longueur d'onde.

➔ Une lentille mince convergente est un milieu transparent délimité par deux surfaces dont l'une au moins est non plane. Ses bords sont plus minces que son épaisseur au centre.

Elle est caractérisée par :

• Son centre optique O.
• Son foyer objet F.
• Son foyer image F'.
• Sa distance focale f' : distance entre O et F'.

➔ Pour construire l'image d'un objet plan et droit AB à travers une lentille convergente, on utilise trois rayons particuliers :

1. Le rayon issu de B passant par O : il n'est pas dévié.
2. Le rayon issu de B passant par F : il émerge de la lentille parallèlement à l'axe optique.
3. Le rayon issu de B parallèle à l'axe optique : il émerge de la lentille en passant par F'.

L'image A'B' est formée à l'intersection de ces rayons.

➔ Le grandissement $\gamma$ est le rapport entre la taille de l'image A'B' et la taille de l'objet AB : $$\gamma = \frac{A'B'}{AB}$$
Interprétation :

• Si $\gamma < 1$ : l'image est plus petite que l'objet.
• Si $\gamma > 1$ : l'image est plus grande que l'objet.
• Si $\gamma = 1$ : l'image a la même taille que l'objet.

➔ L'œil réel est un système optique complexe. On le modélise par un œil réduit composé de :

• Un diaphragme (iris).
• Une lentille mince convergente (cristallin).
• Un écran (rétine).

Un œil emmétrope est capable de voir nettement des objets très éloignés ou très proches grâce à l'accommodation (variation de la distance focale du cristallin).