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L'optique (Travaux Pratiques Encadrés - Espaces pédagogiques interactifs)

Publié le 19/04/2016

Extrait du document

Descartes

 

s’est aperçu qu'un rayon lumineux, appelé

 

rayon incident, qui pénétrait dans un milieu différent (par exemple un passage de l'air à l'eau) se décomposait généralement en deux rayons, l'un réfléchi qui reste dans le premier milieu et le second qui est transmis au deuxième milieu. L'intensité de chacun de ces deux nouveaux rayons l'un par rapport à l'autre dépend de la nature des deux milieux. Ainsi un miroir ne fait que réfléchir un rayon lumineux, l'eau réfléchit et transmet un rayon frappant sa surface tandis que certains verres traités transmettent intégralement le rayon incident.

 

La première loi de Descartes

 

Cette loi étudie la réflexion d'un rayon lumineux sur une surface. Descartes a montré que le rayon réfléchi par une surface restait dans le plan défini par le rayon incident et la droite perpendiculaire à l'interface passant par le point où

 

le rayon lumineux frappe la surface (que l'on appelle plan d'incidence). De plus, il a remarqué que le rayon réfléchi faisait avec cette droite perpendiculaire un angle t égal à l'angle i que fait le rayon incident.

l'angle de courbure de la fibre peut faire entrer le rayon lumineux dans le cône de réfraction de la gaine et perdre le signal. En s'inspirant de l'explication des mirages, l'idée de faire des fibres à gradient d'indice est apparue. Dans le cœur de ces fibres d’une nouvelle génération, l'indice de réfraction est de plus en plus petit au fur et à mesure que le rayon lumineux s'éloigne du coeur de la fibre : ainsi on s'assure que le rayon, s’il l’atteint, arrive toujours de façon très rasante à la surface de la gaine et est donc systématiquement intégralement réfléchi par celle-ci.

 

La fibre optique permet donc de faire suivre des chemins très sinueux à la lumière ce qui peut être intéressant esthétiquement mais qui est surtout utile en médecine (éclairage de l’intérieur du corps pour les endoscopies, pulvérisation de tumeur

Recherche documentaire, Pistes de travail & Axes de recherches pour exposé scolaire (TPE – EPI)

« augmente donc jusqu'à être égal à 90°.

l'angle de courbure de la fibre peut Descartes pour la réflexion .

qui aurait été utilisée par Archimède (micros cope, lasers , etc).

Leurs Puis le rayon lumineux remonte, l'air faire entrer le rayon lumineux dans le Si on considère le rayon incident qui a bougé ses miroirs de sorte que proprié tés si utiles s 'expliquent qu'il traverse a un n de plus en plus cône de réfraction de la gaine et perdre comme une onde non polarisée, ce qui leurs foyers soient sur la coque des toutes grâce à la loi de Descartes sur grand et donc l'angle i diminue et le le signal.

En s 'inspirant de l'explication est le cas pour toutes les lumières navires.

Selon qu'un objet se trouve la réfraction .

rayon remonte de plus en plus .

Une des mirages , l'idée de faire des fibres à naturelles , on peut la voir comme étant devant ou derrière le foyer du miroir , personne voyant ce rayon lumineux gradient d'indice est apparue.

Dans la somme de deux ondes polarisées, son image peut-être agrandie ou LENTIL LES CONVERGE NTES/ bleu venir du sol aura l'impression de le cœur de ces fibres d'une nouvelle l'une selon une direction parallèle au rétrécie et être projetée plus ou moins LENTIL LES DIVERGENTES voir de l'eau alors qu'en réalité c 'est le génération, l'indice de réfraction est plan d'incidence et la seconde lui étant loin.

De plus ces miroirs permettent de Il existe deux types de lentilles : ciel qu'elle voit ! Plus surprenant encore de plus en plus petit au fur et à mesure perpendiculaire .

l'amélioration qu'ont recréer des images dites virtue lles qui • les lentilles convergentes concentrent est le mirage du pôle car l'observateur que l e rayon lumineux s'éloigne du apporté Malus et Brewster a consisté à sont du côté opaque du miroir : ces en un point appelé point focal image voit au contraire des objets se trouvant cœur de la fibre : ainsi on s'assure que montrer que ces deux ondes ne se images n 'existent pas en tant que telles tous les rayons lumineux provenant de à la surface de l'eau flotter dans le ciel.

le rayon, s'ill 'attein~ arrive toujours réfléchissent pas de la même façon .

Si car si on se place derrière le miroir on l'infini et envoient à l'infini l' image d 'un de façon très rasante à la surface de on note s11 et S .Lies intensités des deux ne voit bien entendu rien mais si on objet se trouvant au point focal objet ; lA FIBR E OPTIQ U E la gaine et est donc systématiquement composantes du rayon incident et s·11 et place un autre miroir du côté • les lentilles divergentes fonctionnent La fibre optique est un outil de plus intégralement réfléchi par celle-ci.

S '.L celles du rayon réfléchi , on a alors : réfléchissant du premier , alors l'image sur le même principe mais ont en plus utilisé et dont le principe de La fibre optique permet donc de faire S'11=- S11tan(i -r)jtan(i+r) et qu'il renvoie se crée comme s 'il lui leurs deux points focaux inversés et fonctionnement repose entièrement sur suivre des chemins très sinueux à la S'.L =- S.Lsin(i - r)/ sin(i+r) envoyait cette image virtuelle .

élargissent donc les rayons provenant les deux lois de Descartes .

Intéressons- lumière ce qui peut être intéressant avec i étant l'angle d'Incidence et r de l'infini.

nous à nouveau à la loi de Descartes esthétiquement mais qui est l'angle de réfraction .

Ce résultat est lEs MIROIRS CONVEXES Des constructions géométriques assez pour la réfraction : n1 x sinus{i) = n2 x surtout utile en médecine (éclairage intéressant car il est le premier à tenir Les miroirs convexes fonctionnent simples permetten~ grâce à la loi sinus(r) .

La fonction sinus ne prennant de l'intérieur du corps pour les compte de l'intensité lumineuse du exactement sur le même principe à ceci de la réfraction, de calculer la taille que des valeurs inférieures à 1, on endoscopies , pulvérisat ion de tumeur rayon lum ineux et surtout il fait et le lieu de l'image d'un objet ne se s'aperçoit que pour que sin us(r) soir apparaître une valeur particu lière dei , trouvant pas à l'infini.

L a plupart des plus petit que 1, il fau t impé rativement appelée incidence de Brewster, telle lentilles fonctionnent aussi bien dans que sinus{i) soit plus petit que n,/ n 1• q ue S'11 soit nulle .

Le rayon réfléch i un sens que dans l'autre et elles Or si n1 est plus grand que n2 , ce d'une lumière non polarisée est alors permettent de faire des montages résultat n'est possible pour toutes les polarisé ! Ce résultat est une preuve du complexes reposant sur des valeurs dei : il existe donc un angle caractère ondulatoire de la lumière et il associations de divers types de lentilles.

maximal qui, s'il est dépassé, empêche permet de nombreuses applications par la réfraction .

C'est -à-di re qu'un rayon exemple en photographie où on utilise près qu'en ce qui les concerne , c'est arrivant de façon trop rasante à la des polariseurs pour éliminer les reflets .

la face extérieure de la sphère qui est surface d 'un milieu de plus petit indice au laser ...

) et dans les réfléchissante et le foyer se trouve du de réfraction sera entièrement réfléchi : télécommunications car la lumière se IBJMP4ti côté opaque du miroir , c'est-à-dire on dit que le rayon est sorti du cône propageant beaucoup plus vite que que les rayons lumineux réfléchis ne de réfraction du second milieu .

l'électricité , elle permet un très gros passent pas réellement par le foyer C'est cette propriété qui est utilisée débit d'informations .

La légende prétend qu'Archimède mais sont portés par la droite passant dans les fibres opUques : les fibres aurait incendié la flotte romaine par ce point.

De même que les l'INCIDENCE DE BREWmR attaquant Syracuse en faisant converger miroirs concaves , les miroirs convexes La lunette astronomique , utilisée Bien que les lois de Descartes les rayons solaires sur les coques permettent d'obtenir des images pour étudier les astéroïdes et les permettent d'expliquer un très des bateaux à l'aide de grands miroirs agrandies ou rétrécies et projetées comète s, et le microscope sont grand nombre de phénomènes ou appelés « miroirs ardents ».

Que plus ou moins loin mais les images des exemples de montages qui de grandes avancées technologiques, cette histoire soit vraie ou non et que qu'ils forment sont toujours virtuelles .

agrandi ssent une image et la projettent il ne faut pas penser que l'optique n'a cette action ait ou non eu un impact à l'infini .

pas évolué depuis le XVII' siècle.

Bien sur l 'issue de la guerre entre Rome et APP LIC ATION S DES MIROIRS SPHtR IQUES l'œil fonctionne comme une lentille • · ·:,~ ..

: ·:..r: ...

· ;::!i .~ 0 0 • ) ·.~ ~ ' .

au contraire , la vision ondulatoire de Syracuse n'est pas important.

Ce qu'il Les miroirs sphériques ne sont jamais convergente dont le point focal est la lumière, pour s'imposer au XIX' siècle faut retenir de cette histoire c 'est que utilisés seuls mais dans des montages modifié par les muscles qui courbent optiques sont constituées d'un cœur a dû redémontrer les lois de Descartes bien avant d 'avoir la moindre idée de faisant intervenir plusieurs miroirs des plus ou moins le cristallin 0 et d'une gaine d'indice de réfraction Ousqu'alors purement expérimentales ) ce qu'est la lumière , les hommes ont deux types.

Le montage le plus répandu (accomodation ).

La myopie et 1 moins élevé .

Pour qu'un rayon et les améliorer .

En 1810 , le physicien cherché à la maîtriser et à l'utiliser .

est celui du télescope de Cassegrain., l'hypermétropie correspondent à des ë ~ lumineux soit transmis d'une extrémité Étienne Malus (1775- 1812 ), découvrit Dans l'Antiquité, les Égyptiens comme par exemple le Cassegrain · puissan ces de convergence trop fortes ~ -~ à l'autre de la fibre, il faut qu'à chaque le phénomène de polarisation de la maîtrisaient la fabrication des miroirs et focus telescope à la station de ou trop faibles .

Les astigmates ont une '!~ [~ fois qu'il s'écarte du cœu r de la fibre, lumière en observant la réflexion du cette technique n'a eu de cesse de dissymétrie de l'œil qui empêche 1! ' 5 "0 il soit intégralement réfléchi par la Soleil couchant sur ses fenêt res et celles s'amé liorer jusqu'à nos jours .

Si les l'image de se former correctement.

Les -g~ g aine .

Pour cela , il faut impérativement du palai s du luxembourg se trouvant miroirs plats sont co mmun é ment presbyt es quant à eux ont les muscles ~~ que le rayon lumineux reste toujours en face de sa chambre à l'observatoire .

présents dans la vie courante, il existe qui fatiguent et n'arrivent plus à ~ m ~~ en dehors du cône de réfraction C'est plus également des miroirs sphériques ou accomoder .

,-8.~ de la gaine .

Pour une fibre à peu près tard en paraboliques dont les propr iétés sont "'~ rectiligne, comme celles utilisées extrêmement utiles aux astronomes .

LENTIL LES GRAVITATIONNELLES z 8 '" à l'intérieur de certains composés Il est remarquable que les lois de ji: ï5 0-IU ....

électroniques , il suffit que le rayon Descarte s, pourtant vieilles de plus de ~-~ lumineux soit correctement émis Xinglong de l 'observatoire de Beijing.

350 ans contribuent encore aujourd'hui ~~ à l'entrée de la fibre optique .

Un télescope est constitué d 'un miroir aux découvertes scientifiques les plus ...

a Les choses se compliquent pour les concave , l'image d 'un objet à l'infini poussées.

En elfe~ la théorie de la ~~ fibres destinées à être courbes car se forme au foyer du miroir .

Pour relativit é d'Einstein explique que la -~ .§ observer cette image , il est nécessaire lumière a un support : l'espace-temps ~~ d'utiliser un autre miroir.

On p lace qui est déformable par les masses.

On u o g· un miroir sphérique convexe entre peut dans certains cas considérer la w~ Angle de le sommet et le foyer du premier .

déformation de l'espace-temps •o w~ '-.......; Il faut alors pratiquer une ouverture comme étant un ensemble de milieux 5;;; l~ncidence Rayon réfléch i tir:;: de Brewster pola risé au sommet du premier miroir pour où la lumière se propage à des vitesses ~~ laisser passer la lumière.

différentes et on peut ainsi lui appliquer ~~ Descartes sur la réflexion permet Les miroirs des télescopes utilisés la loi de Descartes sur la réfraction .

ëic Rayon incident d 'expliquer les propriétés intéressantes dans les observatoires peuvent avoir C'est ainsi qu'on explique certains """' Q~ non polarisé de ces miroirs : tous les rayons un diamètre de l'ordre de 1 à 3 rn phénomènes troublants qu'on > ·c ::;a provenant de l'infini ou d 'une distance et pèsent plusieurs tonnes .

On utilise appelle aberrations gravitationnelles :::;.§ 90 ° très grande devant les dimen sions du également de nombreux miroir s où de grandes masses (galaxies , miroir , sont réfléchis par le miroir paraboliques et hyperboliques .

trous noirs) jouent le rôle de lentilles , concave de sorte qu'ils passent par un souvent non symétriques ce qui point particulier appelé foyer du ljijWiii!jij explique qu'on voit parfois plusieurs miroir : ce point se trouve toujours sur images d'un même objet céleste .

la droite reliant le sommet du miroir au On peut donc supposer que les lois de centre de la sphère.

C'est cette Les lentilles sont les optiques les l'optique ont encore de beaux jours Rayon réfléchi propriété , rigoureu sement valable pour plus utilisées de nos jours , tant dans devant elles car elles sont simples et non polarisé les miroirs paraboliques et de manière la vie courante (lentilles ophtalmiques , permettent d 'e x pliquer de nombreux approchée pour les miroirs sphériques , lunettes ) que par les scientifiques phénomènes !. »

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