Faculté de Médecine de l’Université d’Oran
Département de Pharmacie
OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE
QUELQUES NOTIONS FONDAMENTALES SUR LA LUMIÈRE Les phénomènes lumineux On désigne sous le nom de phénomènes lumineux l’ensemble des phénomènes auxquels l’œil est sensible. Pour être visible, un objet doit pouvoir faire parvenir de la lumière dans l’œil, soit par ce qu’il est lui même une source de lumière (soleil, lampe électrique....), soit parce qu’il est éclairé par une source de lumière et en réfléchit ou en diffuse une partie. L’expérience montre que la lumière se propage dans le vide, et dans certains milieux matériels qui sont dits transparents. L’expérience courante montre également que la lumière se propage de façon quasi instantanée. La première détermination de la vitesse de propagation de la lumière dans le vide est due à l’astronome Roemer ( 1676 ) qui a obtenu pour cette grandeur, notée c, c = 3.108 m.s-1. Dualité Onde-Corpuscule La description correcte de la lumière fait appel à la fois aux ondes électromagnétiques et aux photons. C’est un premier exemple de la dualité onde-corpuscule qui est un des fondements de la mécanique quantique. La Théorie ondulatoire - La Théorie électromagnétique - La notion de Photon ( Maxwell ) = c.T
0 0 c2 = 1
( Einstein )
( fréquence d’oscillation de E et B )
E = h.
Avec h : constante de Planck ; h = 6,6262 . 10-34 J.s Pour la lumière visible
La théorie ondulatoire de la lumière Une onde quelconque peut être considérée comme résultant de la superposition d’ondes sinusoïdales. Une lumière visible quelconque, telle que la lumière solaire est ainsi décomposable en ondes sinusoïdales qui produisent sur l’œil d’un observateur une impression de couleur déterminée selon leur fréquence : Ce sont les ondes monochromatiques. La longueur d’onde ( dans le vide ) et
la fréquence sont liées à la vitesse de propagation c par :
c
Couleur
violet
bleu
vert
jaune
orange
rouge
moyen
4000 Å
4700 Å
5200 Å
5800 Å
6000 Å
6500 Å
Dr Boublenza.H
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Indices de réfraction Dans le vide, ces ondes ont la même vitesse. Il n’en est pas de même dans un milieu matériel. La vitesse de propagation d’une onde monochromatique donnée, dans un milieu matériel homogène et isotrope, est une des constantes optiques de ce milieu. On appelle indice de réfraction absolu d’un milieu, pour une radiation monochromatique déterminée, le rapport :
n
c , Dans le vide n = 1 v
LES FONDEMENTS DE L’OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE - L’optique géométrique repose sur la notion fondamentale de rayon lumineux. - Les rayons lumineux se propagent en ligne droite dans des milieux homogènes transparents. - L’indépendance des rayons lumineux permet de décomposer un faisceau en rayons, et d’étudier séparément la marche de chaque rayon, ce qui constitue le but de l’optique géométrique. - Leur comportement à la surface d’un dioptre ou d’un miroir est décrit par les lois de SnellDescartes. LES LOIS DE SNELL-DESCARTES - Lois de la réflexion 1 - Le rayon réfléchi est dans le plan d’incidence; 2 - l’angle de réflexion est égal à l’angle d’incidence, ce qui ce traduit par : i=r Seconde loi de la réflexion - Miroir tournant
- Lois de la réfraction 1 - Le rayon réfracté est dans le plan d’incidence; 2 - l’angle d’incidence i et l’angle de réfraction r sont liés par la relation : n1 sin i = n2 sin r où n1 et n2 sont les indices relatifs des deux milieux Dr Boublenza.H
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- Etude de la loi de Descartes en fonction des milieux traversés :
n1 sin i = n2 sin r n 1 - n2 n1 sinr sinisini : n2 si
i 0 , , 0 r i . 2
Donc il y a toujours réfraction avec r i .
- n2 n1 sinr n1 sinisini ; n2 sin r ne pouvant être supérieur à 1, , angle tel que :
critique,
sinr1 n1 sin sin n2 n2 n1
Dans le cas où n1 n2 1, il n’y a réfraction que si :
i 0 , , et alors r 0 , 2
avec r i
Donc pour i , , il y a réflexion totale. 2 Lame à faces parallèles Soit le triangle IHI’ telle que : sinir I'H I'H=II'sini-r (1) II' et soit le triangle IKI’ telle que : cosr IK II'= IK (2) II' cosr sinir d’après (2) l’équation (1) peut s’écrire : I'HDe cosr or sin( i - r )=sin i cos r - sin r cos i et donc
I’H = D = e (sin i - tg r cos i )
et comme sin i = n sin r la relation précédente peut s’écrire encore comme :
De.sin r n cosi cos r
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