cours optique géométrique svtu s1 pdf
Salut cher étudiant voilà le cours optique géométrique svtu s1 pdf faculté des sciences sciences de la terre et de l'univers et vous pouvez le télécharger en format pdf, La lumière est une forme d’énergie qui peut impressionner l’œil et des appareilssimilaires.On classe sous le terme de phénomènes lumineux l'ensemble des phénomènesauxquels l'œil est sensible.
Les ondes électromagnétiques et l'optique
Pour être visible, un objet doit être :
- source de lumière: soleil, étoile, ampoule électrique, laser, objets fluorescentsou phosphorescents.
- éclairé par une source lumineuse et renvoyer de la lumière vers l'œil: réflexion,diffusion.
Propagation rectiligne de la lumière
La lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène et transparent,d'où la représentation de la propagation par des "rayons lumineux". Dans cettereprésentation simple basée sur la notion de rayon lumineux, aucune hypothèseconcernant la nature de la lumière n’est faite.
Milieu homogène : Un milieu est dit homogène s’il a même composition en tous ses points.
Milieu isotrope : Un milieu est isotrope si ses propriétés sont les mêmes dans toutes les directions.
Vitesse de propagation
Vitesse de propagation de la lumière dans le vide C=3108ms-1.
Vitesse de propagation de la lumière dans un milieu matériel homogène: vitessev reliée à la vitesse dans le vide par la relation :nCv , n est l'indice de réfractiondu milieu par rapport au vide.
Faisceau lumineux
Un faisceau lumineux est un ensemble de rayons lumineux. Il peut êtreconvergent (Si ces rayons convergent en un point) ou divergent (si ces derniersdivergent vers l’infini).
Changement de la direction de propagation de la lumière. Lois de SnellDescartes
A la surface de séparation de deux milieux, la lumière change de direction: ellese réfléchit ou se réfracte en obéissant aux lois de SNELL-DESCARTES.Plan d'incidence de la lumière: il est défini par le rayon lumineux SI incident surla surface de séparation au point d'incidence I et la normale N’N en I.Lois de la réflexion: surface de séparation du type miroir.
Phénomène de diffusion : C’est une forme de réflexion particulière, qui s’effectue dans toutes lesdirections et n’ayant pas de direction privilégiée comme la réflexion.
Principe du retour inverse de la lumière
Les relations de Snell-Descartes sont symétriques pour la réflexion et laréfraction. Il en résulte que, lorsque deux rayons lumineux se propageant en sensinverse ont une partie rectiligne commune, ils coïncident sur tout leur trajet. Letrajet suivi par la lumière est indépendant du sens de propagation de la lumière.
Angle de réfraction limite l
Lorsqu’on passe d’un milieu moins réfringent (faible indice n) vers un milieuplus réfringent (fort indice n) le rayon réfracté correspondant à un rayon incidentdonné existe toujours. En effet, la loi de Descartes 2121 sin sin inni montre quel’angle i2 existe pour tout rayon incident dont l’angle d’incidence i1 est défini6dans l’intervalle , la limite de cet angle est obtenue pour (car lafonction sinus est croissante dans l’intervalle ) et est égale à 212 .
Par contre, si on tient compte du principe du retour inverse de la lumière tout en disposant des conditions de la figure ci-dessus ( n2 n1) onpeut considérer que le rayon TI est incident et IS le réfracté correspondant. Dansce cas, le rayon réfracté n’existe que lorsque i le rayon réfracté nepeut pas exister, car on va avoir sin i2 ce qui est impossible, on ne peut doncavoir qu’une réflexion totale et l’angle l est aussi appelé angle de réflexion totale.
Lumière et énergie
La propagation de la lumière s'accompagne d'un transport d'énergie:
- Concentration de la lumière provenant du soleil au foyer d'une loupe:possibilité d'enflammer des brindilles (petites branches ou morceaux de bois).
- Impression d'une plaque photographique et images: transformation d'énergielumineuse en énergie chimique.
- notion de grains d'énergie ou photons.
Les ondes lumineuses
La propagation de la lumière présente les caractéristiques de la propagationd'une onde, propriété qui se manifeste dans les expériences des interférences etde diffraction.
sa longueur d'onde dans le vide: de valeur moyenne égale à 0,5 µm. elle estl'ensemble des longueurs d'onde comprises entre environ 0,4 et 0,8 µm forme lespectre de la lumière visible.
sa direction de vibration: c'est une onde transversale. La direction de vibrationest perpendiculaire à la direction de propagation, mais généralement aléatoiredans le plan normal à cette direction (lumière naturelle). La lumière polariséerectilignement garde une direction de vibration constante.
La lumière blanche est une superposition de vibrations dont les longueurs d'ondesont comprises entre 0,4 et 0,8 µm. La décomposition spectrale de la lumière enses différentes composantes ou couleurs, caractérisées par leur fréquence et leurlongueur d'onde dans le vide, peut-être observée expérimentalement.
Ondes lumineuses et ondes électromagnétiques
Les ondes électromagnétiques (théorie établie par Maxwell) correspondent à lapropagation d'un champ électrique et d'un champ magnétique créés par descharges "oscillantes". Ce sont des ondes transversales, qui ont la propriété de sepropager dans le vide.
Une étude détaillée peut identifier les ondes lumineuses avec des ondesélectromagnétiques, la vibration lumineuse étant identifiée au champ électriquede l'onde et le rayon lumineux à la direction de propagation de l'onde.Les ondes lumineuses ne couvrent cependant qu'une infime partie du spectre desondes électromagnétiques qui va des rayons aux ondes se propageant dans uneligne électrique en passant, dans l'ordre des longueurs d'onde croissantes par lesrayons X, les UV, visible, infrarouge, les micro-ondes, les ondes TV et FM etles ondes radio. Le rapport entre les extrêmes est de l'ordre de 25 10 , avec deslongueurs d'onde allant de m-16 10 (pour les rayons ) à des dizaines de km (pourles lignes électriques).
Domaine d'étude de l'optique géométrique
L’approximation de l’optique géométrique n’est valable que si les dimensionsdes systèmes centrés sont grandes par rapport à la longueur d'onde de la lumière.(R >> ). Pour une longueur d'onde moyenne de 0,5µm, cette condition estréalisée, la propagation de l'onde lumineuse se réduit à celle de la marche desrayons lumineux. C'est l'approximation de l'optique géométrique.
Image stigmatique d'un point objet
Un objet ponctuel, appartenant à l'axe du système optique, émet un faisceaudivergent en direction du système . Les rayons lumineux sont déviés par lesystème optique (réfraction et réflexion).
A la sortie du système optique, les rayons émergents viennent converger en unpoint S'. On dira que le système a donné de l'objet ponctuel S une imageponctuelle S' .
A la sortie du système optique, les rayons émergents forment un faisceaudivergent. Si un observateur, regardant le faisceau émergent, reçoit les rayonslumineux comme s'ils provenaient d'un point unique S', on dira que le systèmeoptique a formé de l'objet S une image ponctuelle S' virtuelle.
L'image virtuelle ne peut pas être reçue sur un écran, (il n'y a pas concentrationde l'énergie lumineuse en ce point), il n'y a pas convergence réelle des rayonslumineux en S', mais seulement convergence du prolongement des rayonslumineux. Ces prolongements sont appelés rayons virtuels.
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SEMESTRE 1