Physique Module 3 Lumière et optique géométrique. Rappel : les ondes. Caractéristiques des ondes. Vitesse de la lumière

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1 Physique Module 3 Lumière et optique géométrique Rappel : les ondes Il existe deux types d ondes : Ondes transversale : les déformations sont perpendiculaire au déplacement de l onde. (ex : lumière) Onde longitudinale : les déformations sont parallèles au déplacement de l onde. (ex : son) transversale longitudinale Caractéristiques des ondes Période (T) Fréquence (f) Longueur d onde (λ) Amplitude (A) Vitesse (v) Spectre électromagnétique Équation d onde v = λf La réfraction de la lumière Vitesse de la lumière Dans le vide la vitesse de la lumière est de 3 x 10 8 m/s. Cette vitesse varie selon le milieu. Réfraction de la lumière Effet de la lumière qui plie en pénétrant un milieu de densité optique différente.

2 Lois de la réfraction 1) Le rayon incident, le rayon de réfraction et la normale sont sur le même plan 2) Si un rayon passe d un milieu plus vite à un milieu moins vite, le rayon réfracté se rapproche de la normale et vice-versa. vide eau verre eau r r Plus vite à moins vite Moins vite à plus vite 3) n 2 = sin vitesse sin r i = vitesse2 1 n 1 n : indice de réfraction (voir p. 361) Exemple 1 Quel est l indice de réfraction d un liquide dans lequel la vitesse de la lumière est de 2,5 x 10 8 m/s? Exemple 2 L indice de réfraction du diamant est de 2,42. Quelle est la vitesse de la lumière dans le diamant? Exemple 3 Détermine l angle de réfraction de la lumière qui passe du vide à l eau si l angle incident est de 30 o. Quelle sera la vitesse de la lumière dans l eau? Exemple 4 Détermine l angle de réfraction de la lumière qui passe de l eau au verre si l angle incident est de 25 o. 1) Calcule l angle de réfraction de la lumière qui passe du diamant au verre si l angle d incidence est de 35 o. 2) Au tableau

3 Angle critique Angle d incidence qui produit un angle de réfraction de 90 o. 3 situations possibles Angle incident < Angle critique Réfraction Angle incident > Angle critique Réflexion Angle incident = Angle critique Angle de 90 o réfraction = Exemple Calcule l angle critique du verre par rapport au vide. Cahier Lumière et optique géométrique 1 (p ) La réflexion de la lumière Réflexion de la lumière Effet de la lumière qui rebondit sur une substance. Rayon incident Normale r = angle incident r = angle réfléchi Rayon réfléchi Lois de la réflexion 1) L angle d incidence est égal à l angle de réflexion. 2) Le rayon incident, le rayon réfléchi et la normale se trouvent tous sur le même plan. Les miroirs et les lentilles Miroir

4 Images virtuelles À l endroit Ne peut pas être projeté sur un écran Constitue une réflexion / aucun rayon à l image Image réelle Toujours inversée Produit par des rayon de lumière Se projette sur un écran Lentille convexe (convergente) c f f c f : foyer c :centre de courbure (2f) Diagramme de rayons (p. 376) Pour les lentilles convexes : Un rayon parallèle à l axe principale est réfracté à travers le foyer. Un rayon passe directement à travers du centre optique sans être dévié. Un rayon passe à travers le foyer et est réfracté parallèle à l axe principale. 6 cas possibles pour les lentilles convexes Voir transparents en classe Page 377 fig (Physique 11) Miroir concave (convergent) c f L image se forme au point d intersection de ces rayons Diagramme de rayons Pour les miroirs concaves : Un rayon parallèle à l axe principale est réfléchi à travers le foyer Un rayon passe à travers le foyer et est réfléchi parallèle à l axe principale. Un rayon passe à travers le centre de courbure et est réfléchi sur lui même. 6 cas possible pour miroir concave Voir feuille distribuée en classe Page 330 (Physique 11) Lentille concave (divergente) c f f c Voir exemple en classe

5 Miroir convexe (divergent) c f f c Voir exemple en classe Formules pour les lentilles et les miroirs 1 = 1 + f So G = ho hi = 1 Si So Si f : foyer ho : hauteur de l objet hi : hauteur de l image So : distance de l objet Si : distance de l image G : Grossissement Exemple 1 Une lentille convexe possède un foyer de 8 cm. Si un objet de 4 cm de hauteur est à 12 cm de la lentille, calcule la hauteur et la position de l image : a) à l aide d un schéma à l échelle b) à l aide des formules Exemple 2 Un miroir concave avec un foyer de 12 cm produit une image. L objet de hauteur 4 cm est à une distance de 30 cm du miroir. Quelle est la hauteur et la position de l image? Exemple 3 Un miroir concave de foyer 8 cm produit une image 2 fois la hauteur de l objet. Quelle est la position de l objet et celle de l image? Cahier Lumière et optique géométrique 2 (p )