L'oeil : Système optique et formation des images optiques.

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1 Représentation Visuelle 1 L'oeil : Système optique et formation des images optiques. 1. Histoire de la théorie de la vision. Pourquoi diable dit-on "jeter un coup d'œil" ou "foudroyer du regard" si ce n'est pas l'œil qui envoie ses rayons sur l'objet qu'il explore? Les bizarreries de la langue française rappellent une vieille controverse : comment fonctionne la vision? Et quel est son "sens" : de l'œil à l'objet ou de l'objet à l'œil? La dispute scientifique remonte à l'antiquité. En lice : deux théories principales, connues sous les noms d'intromission et d'émission. La première, assignant à l'œil un rôle passif, décrivait le phénomène de la vision par un quelque chose allant de l'objet à l'œil. La seconde, octroyant à l'œil un rôle plus actif, expliquait la vision par un quelque chose allant de l'œil à l'objet. Voici présentées quatre théories qui ont émergée au cours des siècles : 1) Théorie du "feu visuel" par Pythagore (-570 à -480 philosophe et mathématicien grec), Euclide (-325 à -265 mathématicien grec) et Ptolémée (-90 à 168 mathématicien et astronome grec) : L œil envoie continuellement son "feu visuel". Ceci est corroboré par l'observation des yeux des félins, qui luisent dans l'obscurité, et par l'existence de sensations lumineuses surgissant dans l'œil à l'occasion d'un choc ou d'un traumatisme. Le feu visuel tombe sur les objets et les rend visibles comme s il "tâtait" les objets. Les objets lumineux retiennent particulièrement bien le feu visuel, c est pourquoi ils sont tant visibles. 2) Théorie des porteurs par Démocrite (-460 à -370 philosophe grec), Epicure (-341 à -270 philosophe grec) et Lucrèce (-98 à -55 poète et philosophe romain) : La réplique fidèle d'un objet, appelée "simulacre", constituée d' "atomes" émis par sa surface, se détache de la surface de l'objet et voltige dans l'espace jusqu'à l'observateur. Au cours de leur trajet les simulacres sont plus ou moins effacés : c est pourquoi les objets éloignés ne sont pas vus distinctement. Lorsque les simulacres rencontrent un obstacle au cours de leur propagation, leur comportement dépend de la nature de l'obstacle : ils peuvent le traverser, s'y abîmer ou en être repoussé. L'unité de fonctionnement des cinq sens plaide en faveur d'un œil récepteur : l'ouïe, le toucher, l'odorat et le goût s'expliquent par une réaction à des stimuli externes (le son part à la rencontre de l'oreille, les parfums vont au-devant du nez...), il n'y a aucune raison que la vue échappe à la règle. 1

2 3) Théorie de la propagation par Aristote (-384 à -322 philosophe grec) : La vision se produit lorsque les objets colorés agissent sur l œil, par l intermédiaire d un milieu qui sépare l œil et l objet. Ce milieu est appelé "diaphane". Un diaphane n'est pas visible par soi, à la différence d'un objet. Un diaphane a deux états possibles : il peut être diaphane en puissance ou en acte. Là où le diaphane n'est qu'en puissance se trouve l'obscurité. Le diaphane passe à l acte sous l action de la lumière, puisque la couleur n est pas visible dans l obscurité. Le diaphane est ainsi le véhicule de la couleur : il est le milieu qui rend les couleurs visibles. Lorsque le diaphane passe à l acte sous l action de la lumière, la couleur actualise la puissance de l œil. L objet visible transmet à l œil sa forme (et non sa matière) par l intermédiaire du diaphane. 4) Théorie d Al-Haytham (965 à 1039 physicien arabe) : Il envisage pour chaque objet la propagation de formes en tant qu images aériennes. Contrairement aux simulacres composés d'atomes et fidèles à l'objet qui les émet, les images d'al-haytham sont issues des différentes parties de la source, dont chaque point émet dans toutes les directions de l'espace. Al-Haytham souligne que la lumière a une action sur l œil en donnant l exemple du Soleil dont la vue peut être traumatisante pour l'œil ou l'exemple de la persistance lumineuse qui apparaît après avoir regardé une zone très claire et avoir ensuite détourné son regard vers une zone plus obscure. Il en conclut que la lumière se rend des objets à l œil. Question : Pour chaque théorie, indiquer le "sens de la vue". Puis essayer de donner des arguments (ou des observations du quotidien) qui appuient la théorie et des arguments (ou des observations du quotidien) qui contredisent la théorie. 2

3 2. Conditions de visibilité d'un objet. Un objet ne peut être vu que s'il émet de la... et que celle-ci... dans l'oeil. Les milieux... permettent la propagation de la lumière. 3. Présentation des lentilles : Aspect physique. Lentilles: Définition: Volume d'un milieu..., délimité par des... sphériques. Lentilles à bord minces: Le bord de la lentille est plus... que son centre. n dit qu'elle est... car elle fait... les rayons lumineux. Vue de profil: Lentilles à bord épais: Le bord de la lentille est plus... que sont centre. n dit qu'elle est..., car elle fait... les rayons lumineux. Vue de profil: 4. Eléments caractéristiques d'une lentille mince. a) Schématisation. Il faut savoir placer : Le centre optique de la lentille L'axe optique Le foyer objet F et le foyer image F' 3

4 Pour la lentille convergente : Pour la lentille divergente : b) Les rayons caractéristiques. - Lorsque des rayons arrivant... (comme les rayons du soleil) convergent en... sur un écran (une feuille de papier), la distance séparant le... de la lentille de... s'appelle la distance focale. Les rayons arrivant parallèles à l'axe... - Les rayons passant par le centre optique... 4

5 - Les rayons arrivant par le foyer objet c) Construction géométrique d'une image. Soit un objet AB qu'on observe. n peut tracer à partir d'un point de l'objet n'appartenant pas à l'axe optique, B, les trois rayons caractéristiques afin de trouver son image à travers la lentille. n pourra ainsi déterminer A quelle distance est l'image par rapport à l'axe optique. Quelle taille fait l'image (si elle est plus grande, ou plus petite que l'objet) Si elle est à l'endroit ou à l'envers. - bjet réel, avant le foyer. B A F F' bservation: que dire de l'image?... - bjet réel, après le foyer. F B A F' bservation: que dire de l'image?... 5

6 5. Modèle réduit de l'oeil. Modèle de l'oeil réduit. Lentille convergente Ecran L'oeil réel. Milieu 1 Milieu 2 La rétine correspond à... L'air et l'humeur aqueuse correspondent au... Le corps vitré correspond au... 6