Chapitre 5 : REFLEXION DE LA LUMIERE S 3 F

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1 Chapitre 5 : REFLEXION DE LA LUMIERE S 3 F

2 Chapitre 5 : REFLEXION DE LA LUMIERE S 3 F I) Réflexion sur un miroir plan : 1) Définitions : - Un miroir plan est une surface plane réfléchissante. - Le point d incidence I est le point d intersection du rayon incident avec le plan du miroir. - On appelle angle d incidence i, l angle formé entre le rayon incident et la normale au point d incidence I. - On appelle angle de réflexion r, l angle formé entre le rayon réfléchi et la normale au point d incidence I. Remarque : Contrairement à ce qui se produit dans le phénomène de diffusion, le rayon réfléchi est unique. Remarque : Le phénomène de réflexion ne dépend pas : - du milieu situé après le dioptre miroir, - de la couleur de la lumière incidente.

3 I) Réflexion sur un miroir plan : 2) Lois de la réflexion : A partir des observations, nous pouvons énoncer deux lois : Le rayon incident, la normale au miroir et le rayon réfléchi sont dans un même plan, orthogonal au miroir. L'angle d'incidence i et l'angle de réflexion r sont égaux : i = r.

4 I) Réflexion sur un miroir plan : 3) Construction de l image d un point : a) Construction géométrique : On considère une source ponctuelle placée en un point A devant un miroir. En appliquant les lois de la réflexion à différents rayons issus de A : on constate que tous les rayons réfléchis semblent provenir d un point A. Le point A, image de A, est le symétrique de A par rapport au plan du miroir. Le point A est une image virtuelle du point réel A.

5 I) Réflexion sur un miroir plan : 3) Construction de l image d un point : b) Visibilité de l image : rayon marginal rayon marginal Un observateur placé au point O 1 voit l image A de A. Un observateur placé au point O 2 ne voit pas l image A de A.

6 I) Réflexion sur un miroir plan : 4) Construction de l image d un objet étendu : a) Construction géométrique : On considère un objet AB (représenté par un vecteur) parallèle au miroir. Le point A a pour image A, symétrique de A par rapport au miroir. Le point B a pour image B, symétrique de B par rapport au miroir. Un observateur placé au point O 1 voit la totalité de l image A B de AB. Un observateur placé en O 2 ne voit qu une partie de l image A B de AB. Un observateur placé en O 3 ne voit pas du tout l image A B de AB.

7 I) Réflexion sur un miroir plan : 4) Construction de l image d un objet étendu : b) Qualité de l image : En optique géométrique, on définit trois qualités pour l image A B donnée par un système optique d un objet AB. Une image A B peut être : - réelle ou virtuelle, - droite ou renversée par rapport à l objet AB, - de même grandeur, plus petite ou plus grande que l objet AB. L image A B donnée par un miroir plan d un objet AB est : - virtuelle, - droite par rapport à l objet AB, - de même grandeur que l objet AB.

8 1) Introduction : a) Définitions : Un miroir sphérique est une calotte sphérique dont une surface est réfléchissante. - Un miroir est dit concave si la surface réfléchissante est la surface interne de la calotte. - Un miroir est dit convexe si la surface réfléchissante est la surface externe de la calotte.

9 1) Introduction : b) Représentation : miroir convexe R miroir concave S C S R - Le centre de courbure C est le centre de la sphère à laquelle appartient le miroir. - Le rayon de courbure R est le rayon de la sphère à laquelle appartient le miroir. - Le sommet S du miroir est le point situé au centre de la calotte sphérique. - L axe optique principal est la droite qui passe par C et S.

10 2) Etude d un miroir concave : Des rayons parallèles à l axe optique sont réfléchis en passant tous par un même point. On appelle foyer F le point de convergence des rayons réfléchis, issus de rayons incidents parallèles à l axe optique principal. L expérience montre que : - Le foyer F est réel et il est situé au milieu du segment CS. - Un rayon quelconque passant par le foyer F est réfléchi en étant parallèle à l axe optique. F F

11 3) Convention de représentation : Remarque : Généralement, le rayon de courbure R des miroirs utilisés dans la pratique est très grand. On convient de représenter un miroir sphérique de la façon suivante en indiquant la position des points caractéristiques : foyer image virtuel foyer image réel miroir convexe miroir concave

12 4) Construction de l image d un point par un miroir concave : a) Point objet réel B placé en avant du foyer F : Nous considérons un point objet B placé en avant du foyer F et qui émet de la lumière dans toutes les directions. Nous traçons deux rayons particuliers issus de B (un rayon incident parallèle à l axe et un rayon incident passant par le foyer F) : Les rayons réfléchis se coupent en un point B, image réelle de B. Tout rayon incident issu du point B doit se réfléchir en passant par B (en particulier les rayons marginaux).

13 4) Construction de l image d un point par un miroir concave : b) Point objet réel B placé entre le foyer F et le miroir : Nous considérons un point B placé entre le foyer F et le miroir et qui émet de la lumière dans toutes les directions. Nous traçons deux rayons particuliers issus de B (un rayon incident parallèle à l axe et un rayon incident qui "semble" passer par le foyer F) : Les parties virtuelles des rayons réfléchis semblent se couper en un point B, image virtuelle de B. Tout rayon incident issu du point B doit se réfléchir en semblant passer par B (les rayons marginaux comme exemple).

14 5) Image d un objet étendu par un miroir concave : a) Définitions générales : La distance f = SF est appelée distance focale. On appelle plan frontal, un plan perpendiculaire à l axe optique principal, en un point A quelconque. On appelle plan focal, un plan frontal passant par le foyer F. Un objet frontal est représenté par une flèche AB, orientée de A vers B, le point A étant placé sur l axe optique principal. Nous admettrons que : l image A B d un objet AB placé dans un plan frontal, est elle-même dans un plan frontal.

15 5) Image d un objet étendu par un miroir concave : b) Etude de l image A B d un objet réel AB qui se déplace : On considère un objet réel AB placé dans un plan frontal. On s intéresse à deux rayons particuliers issus du point B. L image A 1 B 1 est réelle, renversée et plus petite

16 5) Image d un objet étendu par un miroir concave : b) Etude de l image A B d un objet réel AB qui se déplace : On considère un objet réel AB placé dans un plan frontal. On s intéresse à deux rayons particuliers issus du point B. L image A 2 B 2 est réelle, renversée et plus petite

17 5) Image d un objet étendu par un miroir concave : b) Etude de l image A B d un objet réel AB qui se déplace : On considère un objet réel AB placé dans un plan frontal. On s intéresse à deux rayons particuliers issus du point B. L image A 3 B 3 est réelle, renversée et de même grandeur

18 5) Image d un objet étendu par un miroir concave : b) Etude de l image A B d un objet réel AB qui se déplace : On considère un objet réel AB placé dans un plan frontal. On s intéresse à deux rayons particuliers issus du point B. L image A 4 B 4 est réelle, renversée et plus grande

19 5) Image d un objet étendu par un miroir concave : b) Etude de l image A B d un objet réel AB qui se déplace : On considère un objet réel AB placé dans un plan frontal. On s intéresse à deux rayons particuliers issus du point B. L image A 5 B 5 est rejetée à l infini

20 5) Image d un objet étendu par un miroir concave : b) Etude de l image A B d un objet réel AB qui se déplace : On considère un objet réel AB placé dans un plan frontal. On s intéresse à deux rayons particuliers issus du point B. L image A 6 B 6 est virtuelle, droite et plus grande

21 6) Cas d un miroir convexe : a) Image d un point : Nous considérons un point objet B placé en avant du miroir et qui émet de la lumière dans toutes les directions. Nous traçons deux rayons particuliers issus de B (un rayon incident parallèle à l axe et un rayon incident qui semble passer par le foyer F ) : Les deux rayons réfléchis semblent se couper en un point B, image virtuelle de B. Tout rayon incident issu du point B se réfléchit en semblant provenir du point virtuel B (en particulier les rayons marginaux).

22 6) Cas d un miroir convexe : b) Image d un objet : On considère un objet réel AB placé dans un plan frontal. On s intéresse à deux rayons particuliers issus du point B. L image A B est virtuelle, droite et plus petite que l objet AB Remarque : On voit que, quelle que soit la position de l objet AB, son image A B sera toujours virtuelle, droite et plus petite.

23 7) Exercices : a) Déterminer le rayon réfléchi d un rayon incident quelconque : On définit un point B quelconque (avant le plan focal ) sur le rayon incident. On construit deux rayons particuliers issus du point B et dont les rayons réfléchis se coupent en B, image de B. Le rayon réfléchi correspondant au rayon incident doit passer par B.

24 7) Exercices : a) Déterminer le rayon réfléchi d un rayon incident quelconque : On choisit un point B quelconque (avant le plan focal ) sur le rayon incident. On construit deux rayons particuliers issus du point B et dont les rayons réfléchis se coupent en B, image de B. Le rayon réfléchi correspondant au rayon incident doit passer par B.

25 7) Exercices : b) Déterminer l image A d un point objet A situé sur l axe optique : On définit un point B quelconque dans le plan frontal contenant le point A. On construit deux rayons particuliers issus du point B et dont les rayons réfléchis se coupent en B, image de B. Le point A, image de A, se situe dans le plan frontal contenant B.

26 7) Exercices : b) Déterminer l image A d un point objet A situé sur l axe optique : On définit un point B quelconque dans le plan frontal contenant le point A. On construit deux rayons particuliers issus du point B et dont les rayons réfléchis se coupent en B, image de B. Le point A, image de A, se situe dans le plan frontal contenant B.