I- Formation des images dans l œil

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1 Chap. 1 Mécanismes optiques de la vision I- Formation des images dans l œil 1- condition de vision d un objet A quelle condition Julien peut il lire son journal? Si le lampadaire est allumé, pourquoi Julien et Agate peuvent ils lire le journal? Pourquoi Julien ne voit il pas la lampe? Pourquoi Philippe ne voit il pas la lampe? Quelle est la différence fondamentale entre un objet lumineux et un objet éclairé? 2- Comment la lumière se propage-t-elle? Quel est le chemin suivi par la lumière entre le lampadaire et le journal puis entre le journal et l'oeil de Julien? Page 1 sur 9

2 II- Conditions de formation 1- Le modèle de l'œil ou œil réduit Lorsque la lumière pénètre dans l'œil d une personne que traverse-t-elle? Que rencontre-t-elle? Pour le physicien, l œil est constitué de trois parties principales : L'ensemble pupille-iris qui joue le rôle de diaphragme (ouverture circulaire de diamètre variable) ; Le cristallin qui joue le rôle de lentille; La rétine qui joue le rôle d'écran. Le rôle de ces trois organes nous permet d'établir une analogie entre l'œil et un instrument d'optique que l'on nommera œil réduit. Pour constituer l'œil réduit nous utilisons une ouverture circulaire, une lentille convergente et un écran situé dans le plan focal image de la lentille. 2- Formation de l'image rétinienne Observer un objet lointain, visible des fenêtres de la salle de classe, au travers de l'oeil réduit. Observations: Page 2 sur 9

3 III- Lentilles 1- Qu'est-ce qu une lentille? Qu'est ce qu'une lentille? Où trouve t on des lentilles? 2- Qu'est-ce qui différentie les lentilles entre elles? a) Au toucher Prendre diverses lentilles entre ses doigts et essayer de les classer en comparant, pour chaque lentille, les épaisseurs au centre et au bord. Observations Conclusion b) Par déviation d un faisceau lumineux Les expériences de cette partie sont réalisées, sur un tableau magnétique blanc, à l'aide d'une source lumineuse pouvant délivrer un faisceau de rayons lumineux parallèles et de lentilles Faire arriver un faisceau de rayons lumineux parallèles sur une lentille de chaque type. Observer les rayons qui émergent de ces lentilles. Observations Conclusion c) Par observation d un texte Observer un texte posé sur la table au travers d'une lentille convergente puis au travers d'une lentille divergente. Observations Remarque : Nous nous limiterons dorénavant à l'étude des lentilles convergentes Page 3 sur 9

4 3- Quelles sont les caractéristiques d'une lentille convergente? a) Centre optique Expérience Conclusion: b) Foyers et distance focale Expérience: Observations : Conclusion: Page 4 sur 9

5 Observations: 4- Comment mesurer la distance focale d'une lentille convergente? Placer la source lumineuse et l'écran aux deux extrémités du banc d'optique. Fixer la lentille sur le cavalier et la rapprocher au maximum de l'écran. Eloigner la lentille de l'écran en observant la tache lumineuse recueillie sur l'écran. Lorsque l'image est nette, mesurer la distance écran-lentille. Observations : 5- Comment les opticiens classent-ils leurs lentilles? Les opticiens n'utilisent pas la distance focale mais utilisent plus volontiers la vergence C. Quelle est la relation entre la distance focale et la vergence? C : vergence en m -1 ou encore en dioptrie (δ) f : distance focale en mètre (m). IV. Quelles sont les caractéristiques de l'image d'un objet au travers d'une lentille convergente? Expérience: On utilisera un banc d'optique, ses accessoires et une lentille convergente +8δ. Page 5 sur 9

6 Placer l'objet lumineux en un point A à la distance OA de la lentille. Déplacer l'écran de façon à avoir une image nette et compléter le tableau suivant : Taille de l'objet AB (cm) Position de l'objet OA (cm) Position de l'image OA'(cm) Taille de l'image A'B'(cm) Sens de l'image V. Comment construire l'image d'un objet? En utilisant la «méthode des trois rayons», réaliser les constructions géométriques relatives aux 3 cas précédents : Schéma 1 : Objet entre l infini et le foyer et AO > 2 f Schéma 2 : Objet entre l infini et le foyer et f < AO < 2 f Schéma 3 : Objet entre le foyer objet et la lentille VI. Une vision nette 1. L'accommodation Observer, au travers de l'œil réduit, un objet placé à environ 50 cm. Observations: L'œil permet-il de voir nettement un objet à n'importe quelle distance? A cette question, Léonard de Vinci donnait la réponse suivante : Page 6 sur 9

7 «Si l'oeil doit voir une chose de trop près, il ne peut pas bien la juger, comme il arrive à celui qui veut voir le bout de son nez. Donc en règle générale, la nature enseigne qu'on ne verra pas parfaitement une chose si l'intervalle qui se trouve entre l'oeil et la chose vue n'est pas au moins de la grandeur du visage.» Quelle est la réponse de Léonard de Vinci? L œil ne peut pas voir nettement les objets très proches. Conclusion: Remarque : L'oeil normal n'accommode pas pour voir des objets éloignés. Nous pouvons regarder longtemps un paysage éloigné sans ressentir aucune «fatigue» ce qui n'est pas le cas si nous regardons longtemps un petit objet très proche. 2. Le rôle de la pupille A quoi sert la pupille? Elle permet également d'augmenter la netteté de l'image. 3. Pouvoir séparateur Pour que la rétine puisse séparer les images, il faut que la lumière provenant de deux points lumineux excite deux cellules séparées par au moins une cellule non excitée. Expérience On accroche la mire à un mur de la salle. Un élève s'éloigne progressivement de cette mire jusqu'à ce que son oeil n'arrive plus à séparer deux lignes noires successives. On mesure la distance D séparant la mire de l'élève. Conclusion AB α = D α : pouvoir séparateur en radian (rad) D : distance mire-oeil en mètre (m) AB: distance séparant deux lignes de la mire en mètre (m) Page 7 sur 9

8 VII. Les défauts de la vision 1. La myopie Quels sont les défauts de vision d'une personne myope? Réaliser sur le tableau magnétique un oeil myope. Observations : Quel type de lentille utilise-t-on pour corriger la myopie? Expérience Réaliser sur le tableau magnétique un oeil myope corrigé. Conclusion: Remarque : La myopie peut également être corrigée par une opération chirurgicale au laser qui vise à réduire la courbure du cristallin et donc la convergence de l'œil. 2. L hypermétropie Quels sont les défauts de vision d'une personne hypermétrope? Réaliser sur le tableau magnétique un oeil hypermétrope. Page 8 sur 9

9 Observations : Quel type de lentille utilise-t-on pour corriger l'hypermétropie? Réaliser sur le tableau magnétique un œil hypermétrope corrigé. 3. La presbytie Quels sont les défauts de vision d'une personne presbyte? A quoi est due la presbytie? Aux environs de 1510, Léonard de Vinci, qui étudiait les phénomènes optiques et les lentilles, écrivait «En ce qui concerne les lunettes des personnes de plus de cinquante ans, plus on les éloigne de l'oeil, plus elles montrent des objets agrandis. Si l'oeil voit deux choses égales si on les compare, l'une hors de la lunette, l'autre dedans, celle de la lunette semblera plus grande et l'autre plus petite. Mais les choses contemplées doivent être éloignées de l'oeil de plus de 200 brasses*.» * Une brasse est une ancienne mesure de longueur valant 5 pieds, le pied valant 0,3248 m. Quel type de lentille utilise-t-on pour corriger la presbytie? Page 9 sur 9

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