Travaux Pratiques de Physique

Transcription

1 Travaux Pratques de Physque Optque 1 : optque géométrque Servce de Physque Bomédcale Unversté de Mons

2 Plan Rappel Théorque Réflexon Réfracton Réflexon totale Manpulaton Mror / Lame à faces parallèles / Prsme Précauton d emplo et astuces.

3 Rappels Théorques Prncpe de l optque géométrque : 1. La lumère se propage sous forme de rayons lumneux 2. Un rayon lumneux se propage en lgne drote dans un mleu homogène et transparent

4 Rappels Théorques Réflexon de la lumère : normale Angle d ncdence ( 1 ) = angle de réflexon ( 2 ) Attenton les angles 1 et 2 sont mesurés par rapport à la normale au mror!

5 Rappels Théorques Rayon ncdent Rayon réfléch a Que vaut l angle ncdent î par rapport à l angle â? a = + = 2 = a / 2 L angle ncdent vaut la moté de l angle formé par les rayons réfléch et ncdent

6 Rappels Théorques Réfracton de la lumère : Quand un rayon lumneux passe d un mleu 1 à un mleu 2, l est dévé. mleu 1 mleu 2 normale r n sn n sn r 1 2 est l angle d ncdence et r est appelé l angle de réfracton.

7 Rappels Théorques Réfracton de la lumère : n 1 est appelé l ndce de réfracton du mleu et n 2 l ndce de réfracton du mleu 2. Ils dépendent de la vtesse de la lumère dans le mleu : n c v ( 1, 2) c est la vtesse de la lumère dans le vde (c= m/s) et v est la vtesse de la lumère dans le mleu. Comme v <c, on a toujours n>1 [valeur sans unté!] Exemples : n(eau)=1.33; n(verre)=1.5; n(ar)~n(vde)=1

8 Rappels Théorques Dévaton de la lumère par un prsme : Newton (encore lu!) a montré que la lumère blanche état décomposée en ses dfférentes composantes colorées par un prsme En effet, l ndce de réfracton d un matérau vare légèrement avec la couleur de la lumère, Le rouge est mons dévé que le bleu. Autre exemple de ce phénomène de dsperson, l arc-en-cel

9 Rappels Théorques

10 Rappels Théorques Réflexon totale : Lorsqu on passe d un mleu plus réfrngent à un mleu mons réfrngent (n 1 >n 2 ), on peut assster au phénomène de réflexon totale. n1 n2 crt r Fasceau complètement réfléch r crt =90 n sn n sn 90 1 crt 2 sn Au delà d un certan angle d ncdence, appelé crtque, l n y a plus de rayon réfracté, tout le rayon ncdent est réfléch => réflexon totale crt n n arcsn n 2 2 crt n 1 1

11 Rappels Théorques Réflexon totale : Applcatons du phénomène de réflexon totale : fbres optques «emprsonnant» un fasceau lumneux, utlsées pour les télécommuncatons. Endoscope médcale.

12 Manpulaton Plan de traval : - Laser + lentlle dvergente - Plateau + Feulle de paper - Matérel optque (mror, prsme, lame à face parallèle)

13 Manpulaton Réflexon de la lumère : normale (1) Vérfer la lo de la réflexon avec le GRAND mror (2) Attenton, les angles sont mesurés par rapport à la NORMALE au mror

14 Manpulaton Lame à faces parallèles : On envoe un rayon lumneux sur un paralléléppède de verre. Le rayon subt deux réfractons, en passant de l ar au verre, pus en passant du verre à l ar. Il est smplement translaté d une dstance t. 1 ère réfracton 2 ème réfracton

15 Manpulaton Lame à faces parallèles : Calculons la dstance t! n(verre)=1.5 sn cos r t ES r e ES 1 ère réfracton -r Q R 2 ème réfracton e e sn r 1 t avec r arcsn sn cos r n A vec = 20 et e = 3cm, r = 13.2 et t = 3.6m m [exercce n 5 du syllabus de T P ]

16 Manpulaton Lame à faces parallèles : Vérfer la lo de la réfracton avec le rayon ncdent et le rayon ES. En dédure l ndce de réfracton du verre. mleu 1 mleu 2 Réfracton étudée normale r n sn n sn r 1 2

17 Manpulaton Lame à faces parallèles : Vérfer la lo de la réfracton avec le rayon ncdent et le rayon ES. En dédure l ndce de réfracton du verre normale mleu 1 mleu 2 r 2 n sn n sn r 1 2

18 Manpulaton Dévaton de la lumère par un prsme : On peut utlser l évoluton de en foncton de pour calculer l ndce de réfracton n du matérau consttuant le prsme. MIN

19 Manpulaton Dévaton de la lumère par un prsme : On peut utlser l évoluton de en foncton de pour calculer l ndce de réfracton n du matérau consttuant le prsme. MIN n sn A sn 2 A 2 M IN

20 Manpulaton Dévaton de la lumère par un prsme : En pratque, on fat varer, on mesure d, on fat le graphe en foncton de et on en dédut MIN. 2 1 MIN Connassant A, on calcule n : 3 n sn A sn 2 A 2 M IN

21 Manpulaton : Matérel Utlsaton des lasers : Attenton, on utlse des lasers => ce ne sont pas des jouets, ls peuvent être dangereux pour les yeux (et le reste). Les lasers sont fragles (et coûteux) => les manpuler avec son! Quand le laser est allumé, l ne faut pas l étendre avant la fn du laboratore! Ne pas bouger les lasers : bouger la lentlle dvergente pour mettre le fasceau à nveau

22 Résumé 1. Vous allez vérfer la lo de réflexon. 2. En étudant la réfracton par une lame de verre, vous détermnez n(verre) pour dfférents angles d ncdence. 3. Vous travallez ensute sur la dévaton d un rayon lumneux par un prsme. Après avor fat le graphe en foncton de, vous calculez n(verre). MIN