Manuel Le Livre Scolaire (2de)
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🔬 1. Lois de Snell-Descartes
Dans un milieu homogène et transparent, la lumière se propage en ligne droite. Le trajet de la lumière est représenté par un étroit faisceau appelé rayon lumineux.
Lorsqu'un rayon lumineux arrive à la surface de séparation de deux milieux transparents, il se sépare en deux rayons distincts : un rayon réfléchi et un rayon réfracté.
1re loi : les rayons incident, réfléchi et réfracté sont dans un seul plan appelé plan d'incidence.
2e loi — Réflexion : l'angle d'incidence et l'angle de réflexion sont égaux : i₁ = r
2e loi — Réfraction : les angles d'incidence et de réfraction vérifient :
L'indice de réfraction est une grandeur sans unité qui traduit les changements de vitesse de la lumière selon le milieu de propagation :
Indice n = 1,00 — Vitesse de la lumière : 3,00 × 10⁸ m·s⁻¹
Indice n = 1,33 — Vitesse de la lumière : 2,25 × 10⁸ m·s⁻¹
Indice n = 1,49 — Vitesse de la lumière : 2,01 × 10⁸ m·s⁻¹
Plus l'indice de réfraction est élevé, plus la lumière est ralentie dans le milieu. Un milieu d'indice élevé est dit plus réfringent.
🌈 2. Dispersion de la Lumière
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 toutes les radiations du violet au rouge.
L'indice de réfraction d'un milieu dispersif dépend de la longueur d'onde de la radiation qui le traverse. L'application des lois de Snell-Descartes permet d'interpréter ce phénomène.
Le spectre de la lumière blanche s'étend du violet (~380 nm) au rouge (~780 nm). Plus la longueur d'onde est courte (violet), plus la lumière est déviée par un prisme. Plus elle est grande (rouge), moins elle est déviée.
🔭 3. Lentilles Minces Convergentes
Les lentilles minces sont des milieux transparents délimités par deux surfaces dont l'une au moins est non plane. Leur épaisseur est petite devant le rayon de courbure de leurs surfaces.
Les lentilles convergentes ont des bords plus minces que leur épaisseur au centre. Une lentille mince convergente est caractérisée par son centre optique O, son foyer objet F et son foyer image F'.
La distance focale f' est la distance entre le centre optique O et le foyer image F'. Plus F' est proche de O, plus la lentille est convergente.
3 rayons particuliers
- Le rayon passant par O n'est pas dévié
- Le rayon passant par le foyer objet F émerge parallèlement à l'axe optique
- Le rayon parallèle à l'axe émerge en passant par le foyer image F'
Le grandissement γ
- γ = A'B' / AB (sans unité)
- Si |γ| < 1 → image plus petite que l'objet
- Si |γ| > 1 → image plus grande que l'objet
- Aussi : γ = OA' / OA = F'A' / OF'
👁️ 4. L'Œil et sa Modélisation
L'œil réel est un système optique complexe. On peut le modéliser par un œil réduit composé de trois éléments :
Régule la quantité de lumière entrant dans l'œil. Son ouverture centrale est la pupille.
Fait converger les rayons lumineux pour former l'image. Sa distance focale varie : c'est l'accommodation.
Reçoit l'image nette formée par le cristallin. Les cellules photoréceptrices convertissent la lumière en signal nerveux.
Un œil emmétrope (sans défaut) voit nettement des objets très éloignés ou très proches. Le diamètre de l'œil étant fixe, c'est la distance focale du cristallin qui varie : c'est l'accommodation.