L'optique géométrique décrit l'interaction de la lumière avec un objet dont les dimensions sont très très grandes par rapport à la longueur d'onde de la lumière
Le principe de Fermat
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| ici le parcours entre A et B dont le temps est le plus court est le 2 |
Les conditions de stigmatisme
Un système est dit stigmatique pour un couple de point A0 et Ai, si tous les rayons issus de A0 et pénétrant dans le système émergent en passant par Ai.
A0 et Ai sont conjugués.
Ai est l'image de l'objet A0.
La RÉFLEXION
Le miroir plan
la loi de la réflexion : l'angle incident est égal à l'angle réfléchi
Le miroir concave
Le miroir convexe
La distance focale et le centre du miroir sphérique concave
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| 2f=R pour un miroir sphérique |
Les objets et les images dans un miroir sphérique concave
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| objet avant le centre |
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| objet entre le foyer et le miroir |
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| objet entre le centre et le foyer |
Dans les métaux, l'absorption des couches superficielles du métal absorbe la lumière.
Dans les milieux vitreux, la différence de l'indice de réfraction permet de transmettre une partie de la lumière.
Le rayon transmis et réfléchi dépend de l'indice n rapport du milieu 1 l'air et du milieu2 l'eau et on définit le facteur de réflexion qui est le rapport des intensités de la lumière réfléchie et de la lumière incidente, le facteur de réflexion est d'autant plus faible que l'indice relatif est proche de un.
Dans la lumière provenant de la réflexion de la lumière naturelle, il y a toujours prépondérance de la vibration perpendiculaire au plan d'incidence, cela est du à la différence des deux indices, elle est toujours partiellement polarisée dans le plan d'incidence, et elle est entièrement polarisée lorsque sous l'incidence brewstérienne.
L'incidence brewstérienne est définie par la tangente de l'angle incident et égal à n, l'indice relatif. La vibration située dans le plan d'incidence est éteinte, ce qui est transmis totalement formant une lumière polarisée complète dans le milieu où il y a eu la transmission car il y a propagation maximum de cette vibration dans ce milieu.
On peut expliquer cette propriété en utilisant un couteau sans pointe pour couper un morceau de matière, la seule façon de pénétrer le couteau est de mettre la tranche perpendiculaire à l'incidence en suivant une certaine inclinaison, selon la dureté pour un délai minimum, car sur le bout du couteau on ne peut que provoquer une réflexion.
La RÉFRACTION
La lumière a une vitesse maximum dans le vide, donc dans le verre sa vitesse est moins rapide, donc la lumière mettra pour parcourir le moindre temps entre un point dans le vide et un point dans le verre, elle choisira au moment du passage dans le verre un certains angle selon le principe de Fermat.
DISPERSION
On remarque que l'onde, néanmoins sa longueur, change lors du passage du milieu mais, pas sa phase qui dépend de la source.
La dispersion de la lumière blanche
La lumière blanche est la somme de lumières colorées de différentes longueurs d'onde lorsqu'on les transmet dans le verre à l'aide d"une lame à face parallèle, par exemple, on disperse les différentes lumières colorées.
Séparation de plusieurs lumières colorées
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| ce prisme peut s'appeler spectrometre |
La lentille mince convergente
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| tout objet sur la distance focale donne une image à l'infini car les rayons transmis sont parallèles, on retrouve cette propriété pour les miroirs sphériques |
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| l'objet est avant le foyer |
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| C'est le cas de la loupe, l'objet est entre le foyer et la lentille |
Lentille épaisse
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| lentille épaisse convergente |
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| lentille épaisse divergente |
on peut donc, à l'aide d'une lentille convergente ou divergente, changer la position du foyer d'un oeil, donc la position de son image sur la rétine.
Les aberrations
Aberration sphérique: les rayons émergents ne convergent plus en un point.
Astigmatisme: l'image est déformée, un cercle devient une ellipse.
Coma: le point image présente l'aspect d'une comète.
Aberrations chromatiques: les rayons de lumière verte ne convergent pas avec les rayons de lumière rouge.
Courbure de champ: objet situé sur un plan de front donne une image courbe.
La fibre optique
n2<n1
Les instruments d'optique
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| microscope |
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| lunette astronomique |
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| lunette de Galillée |
La limite de la réfraction
Après un angle critique, la réfraction est impossible, il y a alors la réflexion.
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| limite de la réfraction |
Les systèmes catadioptriques sont des instruments qui font appel à la réflexion et à la réfraction, par exemple le télescope.
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| le télescope |