Organisation des appareils et des systèmes: Le domaine de l optique

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1 Université Bordeaux Segalen Organisation des appareils et des systèmes: Bases physiques des méthodes d exploration UE 3A Le domaine de l optique Dr JC DELAUNAY PACES- année 2011/2012

2 OPTIQUE GEOMETRIQUE Stigmatisme Miroirs Dioptres Lentilles Laser

3 Un système optique est une succession de milieux transparents et homogènes séparés par des surfaces qui réfractent ou qui réfléchissent la lumière. On parle de système centré s'il existe également un axe de symétrie l'axe optique. + Point objet A Point image A si tous les rayons issus de A passent par A' Point image doit être vue par œil.. Stigmatisme rigoureux (Miroir plan) Stigmatisme approché suffisant (image tache de très petite dimension)

4 Stigmatisme approché a angle incidence (a)des rayons utiles infiniment petit (rayons paraxiaux) Rayons peu écartés de l axe optique + interface Axe optique

5 Approximation de Gauss: Conditions permettant d obtenir des images de bonne qualité Système optique de faible ouverture. Axe optique Objet plan de petite dimension, normal à l axe principal et centré sur lui image acceptable, plane, normale à l axe et centrée sur l axe. Les rayons incidents (objet) doivent être paraxiaux

6 + Objet réel A A image réelle Rayons convergent O Objet réel A A image virtuelle O Rayons émergent divergent Œil ne distingue pas une image virtuelle d une image réelle

7 OPTIQUE GEOMETRIQUE Stigmatisme Miroirs Dioptres Lentilles Laser

8 Miroirs sphériques + orientation : sens de la lumière ( lors de la réflexion la lumière change de sens) SF ( SC) > 0 Miroir est convexe sinon il est concave. rayon incident R R C F S S F C Miroir concave rayon réfléchi Miroir convexe

9 Représentation schématique

10 Formule de conjugaison - construction des rayons: On considère un objet vertical AB + position de l image A B A

11 Miroir concave + B A F A C B S Image renversée

12 Miroirs sphériques (concave-convexe) + Espace objet réel Espace objet virtuel Espace image réelle Espace image virtuelle

13 Images réelle et virtuelle : Une image est réelle quand on peut l observer sur un écran. Autrement elle est virtuelle. On ne peut pas matérialiser une image virtuelle : elle est obtenue en prolongeant (dans l espace virtuel) des rayons lumineux divergents réels. Utilisations courantes : miroirs de toilette: miroirs concaves dont le rayon de courbure est de l ordre du mètre rétroviseurs mais ils faussent la perception des distances.

14 + B B B B C F A A A A F C Concave objet virtuel image réelle - droite Convexe objet réel image virtuelle - droite

15 Miroir plan A S A image virtuelle de même taille (ex: main)

16 OPTIQUE GEOMETRIQUE Stigmatisme Miroirs Dioptres Lentilles Laser

17 Un dioptre (plan ou sphérique) Milieux : transparents, homogènes, isotropes

18 Les dioptres sphériques sont caractérisés par : un sommet S, un centre C rayon deux foyers : un foyer objet F et un foyer image F qui sont toujours situés de part et d'autre du dioptre. objet AB image A B

19 Deux types de dioptres sphériques : Lumière Milieu n 1 R = SC < 0 Milieu n2 R = SC > 0 Milieu n 1 Milieu n 2 dioptre concave dioptre convexe

20 On a des dioptres convergent et divergent Dioptre convergent le centre C se trouve dans le milieu le plus réfringent ( dans le milieu d indice le plus élevé n 1 > n 2 ). Pour le dioptre divergent, nous avons évidemment l inverse (n 1 < n 2 ). Lumière

21 SF > 0 et SF < 0 dioptre est convergent. foyers réels n 1 > n 2 SF < 0 et SF > 0 dioptre est divergent. foyers virtuels n 1 < n 2 Lumière F S F F S F Milieu n 1 Milieu n 2

22 Dioptres concave ou convexe et convergent ou divergent + Espace objet réel Espace objet virtuel Milieu n 1 Milieu n 2 Espace image virtuelle Espace image réelle

23 Dioptre convergent - Foyers sont réels. Lumière B A F C S F A B

24 n 1 Formule de conjugaison: objet Lumière n 2 image n 1 n 2 SA - SA = n 1 - n 2 SC Grandissement: g = n 1 n 2 SA SA Vergence: V = d ou m n 1 SF n 2 = = SF n 2 - n 1 SC

25 Distances focales: n 1 n 2 SA - SA = n 1 - n 2 SC Position du foyer objet: Supposition image à l infini Objet au foyer objet. SF n 1 = n 1 - n 2 SF SC n 2 Position du foyer Image = SF SF - (n 1 - n 2 ) SC

26 DIOPTRE PLAN n 1 n 2 SA - SA = n 1 - n 2 SC SC infini AIR Milieu n 1 n 1 = n 2 SA SA n eau = 4/3 EAU S A A Milieu n 2 Observateur dans l air Objet A dans l eau (1 m) image virtuelle A (0,75 m)

27 OPTIQUE GEOMETRIQUE Stigmatisme Miroirs Dioptres Lentilles Laser

28 LENTILLES Lentille est un dioptre sphérique. association de 2 dioptres dont au moins un des deux Lentille biconvexe Lentille plan-convexe Lentille biconcave Lentilles convergentes Lentille divergente

29 Lumière F O F F O F Lentille convergente Lentille divergente 1 OA - 1 = OA 1 OF OA OA OF image objet foyer image Grandissement: g = OA OA Vergence: V = 1 OF ( d )

30 Un ensemble de lentilles minces accolées est équivalent à une lentille mince unique dont la convergence est la somme des convergences des lentilles: C = C 1 + C 2 + C Système dioptrique association de dioptres (lentilles.) Système catadioptrique association de dioptres (lentilles.) avec un miroir Système centré association de dioptres centrés sur l axe optique

31 Lentille convergente Lumière B A A F O F B

32 Lentille divergente Lumière B B A A O F F

33 Concours Question 7 Cocher la (ou les) proposition (s) vraie (s)0 A La vitesse de propagation de la lumière dans le vide est dépendante de la fréquence et indépendante du référentiel d étude. B - Le miroir sphérique ne donne que des images virtuelles. C Dans un dioptre plan, les foyers sont réels D Avec un miroir sphérique, l image d un objet situé à l infini se formera au centre de ce miroir. E - Aucune des propositions ci-dessus.

34 FIN