L'OPTIQUE

« re, elle a le mérite de diviser un chapitre important des sciences physiques en parties plus simples.

En fait l'optique géométrique et l'optique physique se complètent parfaitement : la première permet de préciser les conditions géométriques (Taille des cristaux ou des miroirs) nécessaires aux matériaux optiques, et la seconde est une optique théorique qui permet d'expliquer et même de prévoir les pro­ priétés de ces matériaux.

Les constructions géomé­ triques représentent par commodité la lumière comme un trait allant de l'objet vers l'image, et rebondissant en quelque sorte sur un miroir écran, ou subissant une inflexion brusque à la traversée d'un milieu transparent différent.

En fait, ces rayons n'ont jamais pu être mis en évidence, mais ce mode de « visualisation » permet une géométri­ sation commode du phénomène.

Géométrie de la réflexion et de la réfraction lumineuses On peut assimiler, comme l'avait imaginé Des­ cartes, la trajectoire d'un rayon lumineux tombant sur un plan réfléchissant à celle d'une balle parfai­ tement élastique, dont l'angle de rebond serait égal à l'angle d'incidence.

En optique, l'angle d'inciden­ ce est égal à l'angle de réflexion et la trajectoire complète se trouve contenue dans un plan défini par le rayon incident et sa normale au plan du miroir.

Si le rayon incident est issu d'un objet représenté par une flèche , on peut construire son image dans le miroir par l'intersection du rayon incident pro­ longé, avec la perpendiculaire abaissée de l'objet sur le plan tangent au miroir au point de réflexion.

Si le miroir est plan, l'image apparaît symétrique de l'objet par rapport au miroir.

En fait elle appa­ raît inversée et ceci se constate facilement en regar ­ dant par réflexion des caractères alphabétiques dans une glace plane.

Concavité et convexité des miroirs Les mêmes principes président à la construction de l'image issue des miroirs courbes.

Une surface courbe sphérique se définit par son centre optique qui correspond au rayon de courbure du miroir ainsi que par sa demi -distance, où se trouve le foyer du miroir .

Si le miroir est concave, l'image apparaît réelle et renversée, sa grandeur et sa position dépendent de la position de l'objet par rapport au centre opti­ que.

Si l'objet est à l'infini, tous les rayons inci­ dents sont parallèles et convergent après réflexion dans le plan focal, ce qui permet par exemple de concentrer le rayonnement solaire sur une très peti­ te surface, comme le font les fours solaires.

Si l'ob- jet est placé entre le foyer et le miroir, l'image apparait agrandie et virtuelle comme si elle se trou­ vait séparée de l'observateur par le miroir.

Lorsque le miroir est convexe, l'image construite selon les mêmes principes généraux apparait plus petite, mais reste droite et virtuelle.

Cette disposi­ tion est souvent utilisée dans certains rétroviseurs d'automobile à grand champ d'observation.

Ces constructions géométriques ne sont toutefois valables que dans les conditions d'approximation gaussienne correspondant à une faible ouverture du miroir qui se rapproche alors d'un miroir plan, et pour un petit objet plan et perpendiculaire à l'axe principal du miroir.

D'autres types de miroirs, tels que les miroirs paraboliques utilisés en astronomie existent ; ils permettent de corriger certains défauts optiques comme nous le verrons plus loin.

La réfraction lumineuse Lorsque la lumière tombe sur un milieu transpa­ rent différent, les rayons incidents subissent une inflexion brusque de leur trajectoire dont l'impor­ tance dépend de l'indice du nouveau milieu par rapport au précédent ; le rayon apparaît aussi bri­ sé.

En fait le phénomène est plus compliqué si la lumière est composite (blanche), car les rayons subissent une déviation plus ou moins forte selon leur longueur d'onde.

Il existe plusieurs rayons réfractés compris entre la longueur d'onde maxi­ mum rouge qui est la moins déviée et la longueur d'onde violette qui est la plus déviée.

Si l'incidence du rayon est faible, il apparait un angle de réfrac­ tion limite défini par le rapport des indices des deux milieux, au-delà duquel le rayon incident ne peut plus se réfracter, mais se réfléchit, selon la loi des miroirs.

Si l'indice du nouveau milieu (verre) est plus élevé que celui du milieu précédent (air), l'image obtenue semble plus rapprochée que l'objet obser­ vé, c'est ce que montre l'observation classique de la brisure qui apparaît lorsque l'on plonge partielle ­ ment un bâton dans de l'eau.

Certains milieux transparents, dits biréfringents, possèdent deux indices, même en présence d'un rayonnement monochromatique.

La lumière se partage en deux rayons réfractés, dont l'un suit la loi normale de réfraction et correspond au rayon ordinaire, tandis que l'autre suit une loi plus com­ plexe.

On peut ainsi observer deux images réfrac­ tées légèrement séparées l'une de l'autre.

La réfringence s'explique par la variation de vitesse de la lumière selon le milieu traversé .

La vitesse maximum de la lumière, très proche de 300 000 km par seconde, est atteinte dans le vide.. »