Propagation des ondes lumineuses

A

Phénomène de réflexion et de réfraction

• La lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène et transparent.


• Lorsqu’elle change de milieu de propagation, la lumière peut subir :
  ❯ une réflexion (le rayon repart dans le milieu initial) ;
  ❯ ou une réfraction (changement de direction de propagation).
  
  
• Schéma récapitulatif :
  

  

B

Les lois du modèle de la réfraction et de la réflexion

• L'angle d’incidence $i_1$ est l’angle formé par le rayon incident et la normale au dioptre ;
• L'angle de réfraction $i_2$ est l’angle formé par le rayon réfracté et la normale au dioptre
• L'angle de réflexion $r$ est l’angle formé par le rayon réfléchi et la normale.
  
  
• Selon la 1^re loi de Snell-Descartes : le rayon incident, le rayon réfracté, le rayon réfléchi et la normale sont dans le même plan.


• Selon la 2^e loi de Snell-Descartes :
  • Pour la réflexion : $i_1=$ $r$
  • Pour la réfraction : $n_1\cdot \sin \left(i_1\right)=n_2\cdot \sin \left(i_2\right)$ avec $n_1$ et $n_2$ les indices de réfraction des milieux 1 et 2.

C

Principe des actions réciproques

• La dispersion d’une lumière polychromatique est le phénomène de séparation des radiations qui composent cette lumière.


• Un milieu est dispersif si son indice de réfraction dépend de la longueur d’onde de la radiation lumineuse qui le traverse ; il permet de décomposer la lumière blanche.


• L’image de cette décomposition des couleurs sur un écran s’appelle le spectre de la lumière.

A

La lentille mince convergente

• Une lentille mince convergente est un objet transparent de forme circulaire dont l’épaisseur est plus importante au centre que sur les bords.


• Elle fait converger les rayons lumineux qui la traversent.


• Elle est caractérisée par :
  ❯ son centre optique $\mathrm{O}$ par lequel passe l’axe optique de la lentille $\Delta$ ;
  ❯ son foyer image ${\mathrm{F}}^{\prime }$ ;
  ❯ son foyer objet $\mathrm{F}$ $(\mathrm{F}$ est symétrique de ${\mathrm{F}}^{\prime }$ par rapport à $\mathrm{O}).$

B

Détermination graphique d’une image

• Pour déterminer l’image d’un objet par une lentille convergente, on peut tracer trois rayons particuliers issus d’un point $\text{B}$ de cet objet, $\text{B}$ étant situé hors de l’axe optique.
  


• Ces rayons particuliers sont :
  ❯ le rayon passant par le centre optique $\mathrm{O}$ ne subit aucune déviation ;
  ❯ le rayon arrivant parallèlement à l’axe optique émerge de la lentille en passant par le foyer image ${\mathrm{F}}^{\prime };$
  ❯ le rayon passant par le foyer objet $\mathrm{F}$ émerge parallèlement à l’axe optique.







• Le grandissement $\gamma$ est le rapport entre la hauteur algébrique de l’image et celle de l’objet : $\gamma =\frac{\overline{{\mathbf{A}}^{\prime }{\mathbf{B}}^{\prime }}}{\overline{\mathbf{A}\mathbf{B}}}$.
  ❯ Si $\gamma <0$ alors l’image est renversée par rapport à l’objet et si $\gamma >0$, on dit que l’image est droite.
  ❯ Si $|\gamma |>1$ alors l’image est agrandie par rapport à l’objet.

C

Modèle réduit de l’œil

• L’œil est un système optique complexe qui peut se modéliser à l’aide de matériel simple de laboratoire.

• prévoir la déviation précise d’un rayon à la surface entre deux milieux transparents ;
• construire l’image à travers une lentille convergente mince pour certains objets (objet vertical et suffisamment distant pour ne pas être situé entre $\mathrm{O}$ et $\mathrm{F}$) ;
• comprendre des phénomènes de dispersion de la lumière (arc-en-ciel, etc.).


Mais il ne permet pas de :
• déterminer l’image à travers une lentille convergente assez épaisse ;
• comprendre la manière dont l’œil réussit à établir des images nettes sur la rétine pour des objets placés à des distances variables (principe d'accommodation).