La propagation de la lumière

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1 Image EX Partie / Des systèmes optiques producteurs d images La propagatio de la lumière Exercices -- orrectio EX ) O rappelle que la réflexio de la lumière sur u support est spéculaire lorsque la taille des aspérités du support est plus petite que la logueur d ode de la lumière icidete U homme se regarde das ue théière fraichemet polie. Sachat que la lumière visible possède des logueurs d ode d eviro 400 m à 700 m et que les rugosités sur la théière sot de l ordre de 0,05 µm, l homme voit-il so visage sur la théière? 0,05 µm 0, m m 400 m m m 700 m m m La taille des aspérités (de m) est plus petite que la logueur d ode de la lumière visible (de à m) : l homme pourra voir so visage sur la théière. 2) De quel type de réflexio s agit-il si aucue image e se forme sur ue surface? Si aucue image e se forme sur ue surface, la réflexio de la lumière est ue réflexio diffuse 3) Pour faciliter la lecture d u livre, est-il préférable de l imprimer sur du papier glacé ou sur du papier mat? Justifier la répose Il est préférable d imprimer u livre sur du papier mat. Il y aura aisi mois de réflexio spéculaire et plus de réflexio diffuse, ce qui réduira les reflets et facilitera la lecture. 4) Pour doer plus d éclat aux photos d u livre, est-il préférable de l imprimer sur du papier glacé ou sur du papier mat? Justifier la répose Il est préférable d imprimer les photos sur du papier glacé. Il y aura aisi plus de réflexio spéculaire et mois de réflexio diffuse, ce qui augmetera la brillace des couleurs des photos 5) O polit les voitures à l aide d ue cire pour leur doer u effet brillat ; quel est le rôle de la cire das le polissage des voitures? La cire utilisée das le polissage des voitures permet de combler les micro-aspérités de la carrosserie : les aspérités état aisi réduite la réflexio de la lumière deviet e partie spéculaire, et la voiture brille 6) Il est coseillé de e pas utiliser les feux de route lorsqu o coduit par brouillard épais ; pourquoi? La lumière émise par les feux de route subit ue réflexio diffuse sur les particules costituat le brouillard. La lumière part das toutes les directios et reviet das les yeux du coducteur, ce qui gêe la visibilité 7) Il est possible de percevoir les objets qui ous etouret parce qu ils réfléchisset la lumière du soleil ; d après vous, pourquoi peuto voir les différetes couleurs de ces objets, même si la lumière icidete proveat du soleil est blache? La lumière qui etre das l objet rugueux, du fait de ses irrégularités ou de ses ihomogééités, accomplit u trajet chaotique avat de ressortir das ue directio aléatoire. Lors de ce trajet das le matériau, la lumière iteragit avec les pigmets de la matière et ressort colorée ) Pricipe de Fermat EX2 "Pour aller d'u poit à u autre, u rayo lumieux suit toujours le chemi qui lui pred le mois de temps". Pourquoi le chemi du sauveteur est-il ue aalogie du pricipe de Fermat? Pour sauver la persoe e trai de se oyer, le sauveteur doit suivre le chemi le plus rapide, celui qui lui demade le mois de temps.

2 2) alculer le temps que met le sauveteur sur chacu des trois chemis ; compléter le tableau. Quel est le chemi le plus rapide pour atteidre la victime? ourse das le sable chemi () (2) (3) Distace (m) 20 m 5 m m itesse (m/s) 5,0 m/s Temps de course (s) 4 s 3 s 2,2 s 2) Sur l illustratio suivate, placer la lampe de poche de faço à éclairer l oiseau. Idiquer l emplacemet de la lampe de poche et mesurer l agle d icidece. Nage das l eau chemi () (2) (3) Distace (m),5 m 2 m 7 m itesse (m/s) 2,0 m/s Temps de age (s) 4,25 6,5 Temps pour atteidre la victime (s) chemi () (2) (3) s 9 s 0,7 s L agle d icidece est : i 30 L agle de réflexio est i 30 3) Mesurer à l aide d u rapporteur les agles d icidece, de réflexio et de réfractio Le chemi le plus rapide est doc le chemi () EX3 ) Doer l agle de réflexio sur l illustratio cicotre L agle d icidece est : i 45 L agle de réflexio est i 45 L agle de réfractio est : i 2 2 4) Ue torche éclaire u aquarium coteat 4 poissos. Quel sera le poisso éclairé par la torche? L agle d icidece est : i L agle de réflexio est i i 42

3 5) - Détermier, das chaque cas, la valeur de l agle d icidece i et celle de l agle de réfractio r du rayo lumieux représeté ; - Où est l air? as () : air milieu Agle d icidece : i 40 Agle de réfractio : r as (2) : air milieu Agle d icidece : i 45 Agle de réfractio : r as (3) : air milieu Agle d icidece : i Agle de réfractio : r ) Parmi les schémas ci-dessous, dire lequel peut correspodre à la réfractio d u rayo lumieux passat de l air das l eau EX4 Tous les milieux trasparets sot caractérisés par u idice de réfractio,, ombre sas uité : c : vitesse de la lumière das le vide c 3,00.0 m/s v : vitesse de la lumière das le milieu trasparet ) Pourquoi l idice de réfractio a pas d uité? L idice de réfractio a pas d uité car il est obteu avec le rapport de deux gradeurs qui ot la même uité Pourquoi les valeurs des idices de réfractio sot-elles toujours supérieures ou égales à? La valeur de état supérieure ou égale à (das le cas de la propagatio de la lumière das l air), le rapport / sera supérieur ou égal à Plus le milieu trasparet est dese, mois la vitesse de la lumière est importate. ommet varie alors l idice? Lorsque le milieu est dese, la vitesse de la lumière est plus faible : doc le rapport / est importat c v 2) La vitesse de la lumière das u solide est de,24.0 m/s - alculer so idice de réfractio, puis idetifier la matière de ce solide à l aide du tableau cidessous. 7) idiquer (sas calcul) l allure du rayo réfracté Idice (sas uité) Air,00 Eau,33 Ethaol,36 erre (quartz),46 Plexiglas,5 erre (crow),52 erre (cristal),54 erre (flit),65 Diamat 2,42 3,0.0 2,4,24.0 le milieu trasparet est doc e diamat

4 3) alculer la vitesse de la lumière das du verre de quartz, das du verre flit et das du verre crow as () : das du verre de quartz 3,00.0,46 as (2) : das du verre flit 3,00.0,65 as (3) : das du verre crow 3,00.0,52 2,05.0 m.s -,2.0 m.s -,97.0 m.s - 4) Plus l idice d u milieu est petit (plus il se rapproche de ), mois la lumière est déviée lorsqu elle passe de l air au milieu, plus la lumière à tedace à aller e lige droite Les schémas motret le chemi de la lumière. Le premier milieu est l air, et les secods sot e verre (quartz, flit ou crow). - Idetifier chaque solide à l aide de so idice de réfractio as (A) : propagatio de la lumière de l air vers le verre e flit (idice,65) as (B) : propagatio de la lumière de l air vers le verre e crow (idice,52) as () : propagatio de la lumière de l air vers le verre e quartz (idice,46) EX5 U rayo lumieux se déplaçat das l air, péètre das l eau sous ue icidece de 45 O doe l idice de l eau,33. - alculer l agle de réfractio La lumière se déplace de l air (milieu ) das i 45 i 2?? 2,33 si45,33 sii2 si45 sii2 i2 32,33 EX6 U rayo lumieux passe de l air das la glycérie. L agle d icidece vaut 30 et l agle de réfractio vaut 20 - alculer l idice de réfractio de la glycérie. La lumière se déplace de l air (milieu ) das la glycérie (milieu 2) i 30 i ? si30 si20 si30 2,46 si20 5) O dispose de deux blocs de verre très semblables ; l u est e verre crow, l autre e verre flit. - Proposer ue expériece qui permet de différecier les deux blocs ; quel équipemet serait écessaire? Pour différecier les deux morceaux de verres, il faut evoyer u rayo de lumière sur le morceau de verre, puis mesurer les agles d icidece et de réfractio

5 EX7 U rayo lumieux se propageat das l air arrive sur la surface plae d u aquarium coteat de l eau d idice,33. ) La valeur de l agle d icidece est 70 - alculer la valeur de l agle de réfractio. La lumière se déplace de l air (milieu ) das i 70 i 2?? 2,33 EX U rayo lumieux se propageat das l air traverse la surface d u morceau de verre d'idice,4 La lumière se déplace de l air (milieu ) das le verre (milieu 2) i?? i ,4 sii,4 si20 sii,4 si20 29 i si70,33 sii2 si70 sii2 i2 45,33 2) Quel doit être la valeur de l agle d icidece pour que la valeur de l agle de réfractio soit 30? La lumière se déplace de l air (milieu ) das i?? i ,33 sii,33 si30 sii,33 si30 42 i