Physique 51421 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.
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
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. 16-17) 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
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. 11.36 (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
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. 18-19)