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Dr T. DJEMIL 1ère ANNEE MEDECINE 26/01/16 Maître de Conférences A Année 2015-16

Dr T. DJEMIL 1ère ANNEE MEDECINE 26/01/16 Maître de Conférences A Année 2015-16 - 1 - S’ A’ R’ A B S M F E E’ RESUME DU CHAPITRE 2 OPTIQUE ET BIOPHYSIQUE DE LA VISION 1- Principe de l’optique géométrique : Dans l’étude de la lumière rencontrant les objets d’échelle macroscopique, la petitesse des longueurs d’onde (λ~10-7m) du visible vis à vis des grandeurs des objets qu’elle rencontre (L~1cm et plus) a permis d’élaborer une théorie géométrique de la propagation des ondes lumineuses appelée "L’optique géométrique". On appelle rayon lumineux la droite ou portion de droite suivi par la lumière. Un faisceau lumineux est l’ensemble des rayons émis par une même source. Un faisceau lumineux peut être divergent si les rayons lumineux s’éloignent les uns des autres, convergent s’ils se rapprochent, parallèle si les faisceaux qui le constituent sont parallèles entre eux. L’optique géométrique est basée sur trois principes : Principe 1- Propagation rectiligne : Dans un milieu homogène, transparent et isotrope, les rayons lumineux se propagent en lignes droites Principe 2- Indépendance des rayons lumineux : Il existe des rayons lumineux qui restent indépendants les uns des autres (pas d’interaction entre eux). Principe.3. Les rayons lumineux, traversant la surface de séparation entre deux milieux différents, obéissent aux lois de Snell-Descartes. R F’ L’expérience schématique ci-dessus, illustre les deux premiers principes. Deux sources ponctuelles S et S’ émettent de la lumière qui traversent les ouvertures A et A’ et viennent éclairer les écrans E et E’. On vérifie que la zone éclairée sur chaque écran est homothétique1 de l’ouverture correspondante A ou A’. Le centre d’homothétie étant S et S’. Ceci confirme la validité du premier principe. Si maintenant on modifie l’ouverture de A, on constate que l’éclairement en M ne varie pas. C’est à dire que le fait qu’un rayon tel que R’, passe ou ne passe pas à travers A, ne modifie en rien la propagation du rayon R. Ceci 1 l’homothétie dans le triangle est donnée par AB CD OA OC = D B O A C Faisceau divergent faisceau convergent Faisceau parallèle Rayon lumineux Dr T. DJEMIL 1ère ANNEE MEDECINE 26/01/16 Maître de Conférences A Année 2015-16 - 2 - implique qu’il y’a indépendance des rayons lumineux issus d’une même source. Enfin la source S’, qu’elle soit éteinte ou allumée ne produit aucun changement au point M. En d’autres termes les rayons lumineux F et F’ se propagent indépendamment dans la même région. La validité de ces principes cesse lorsque les dimensions des objets rencontrés par la lumière sont du même ordre de grandeur que la longueur d’onde. Si l’ouverture A devient très petite, la zone éclairée sur l’écran n’est plus homothétique de l’ouverture en A. Les dimensions de cette zone croissent même quand le diamètre de l’ouverture diminue. C’est la diffraction, phénomène que l’on peut expliquer par l’optique ondulatoire. En conclusion les principes de l’optique géométrique restent valables tant que la lumière ne traverse pas des ouvertures étroites, ce que l’on évite précisément dans les instrument d’optique. Faisons arriver un faisceau parallèle de lumière de longueur d’onde donnée (Lumière monochromatique) à la surface d’un plan d’eau additionnée de fluorescéine, pour rendre ainsi visible les trajets lumineux. On observe : a- Un faisceau cylindrique réfléchi par la surface de l’eau. b- Un faisceau cylindrique réfracté à travers la surface de l’eau. Les lois relatives à ces deux phénomènes : la réflexion et la réfraction décrivant le comportement des rayons lumineux, à la séparation de deux milieux, s’appellent les lois de Snell-Descartes. 1ère loi : Les rayons incident, réfléchi et réfracté sont contenu dans un même plan appelé plan d’incidence. 2ème loi : L’angle de réflexion i′ est égale à l’angle d’incidence i . 3ème loi : Il existe un rapport constant entre le sinus des angles d’incidence et de réfraction. la constante ne dépend que de la nature des milieux (1) et (2). Elle est appelée indice du second milieu par rapport au premier et noté 1 / 2 n . 1 / 2 sin sin n r i = Certaines considérations permettent de dire que l’indice relatif de deux milieux (1) et (2) est le quotient de leurs indices par rapport à un autre milieu (3) pris comme référence. 3 / 1 3 / 2 1 / 2 n n n = Le vide est alors pris comme référence et son indice est l’unité. A Ecran S Faisceau Faisceau incident réfléchi i i′ Plan d’eau Faisceau r réfracté Dr T. DJEMIL 1ère ANNEE MEDECINE 26/01/16 Maître de Conférences A Année 2015-16 - 3 - On définit l’indice absolu d’un milieu (1), noté maintenant 1 n , par son indice par rapport à l’air air n / 2 . Il vient que : 1 2 1 / 2 n n n = Et en définitif, la 3ème loi devient : r n i n sin sin 2 1 × = × Remarque : L’indice de réfraction n d’un milieu a une signification physique. l’indice de réfraction représente le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide c et la vitesse de la lumière dans ce milieu v . v c n = Cas particulier 2 1 n n < : On dit que l’on passe d’un milieu (1) moins réfringent vers un milieu (2) plus réfringent. la loi de Descartes nous donne que : r n i n sin sin 2 1 × = × Nous en déduisons que : r i r i n n > ⇔ > ⇔ < sin sin 2 1 L’angle de réfraction est toujours plus petit que l’angle d’incidence. L’angle d’incidence [ ] 2 / , 0 π ∈ i , il en découle que [ ] λ , 0 ∈ r . où λ appelé angle de réfraction limite, est donnée par : 2 1 sin n n = λ Si l’angle d’incidence est maximale 2 / π = i , l’angle de réfraction sera égale la l’angle λ : C’est la réfraction limite. Cas particulier 2 1 n n > : On dit que l’on passe d’un milieu (1) plus réfringent vers un milieu (2) moins réfringent. De la relation de Descartes, on déduit que : r i r i n n < ⇔ < ⇔ > sin sin 2 1 l’angle d’incidence est plus petit que l’angle de réfraction. [ ] λ , 0 ∈ i alors que [ ] 2 / , 0 π ∈ r . C’est r qui atteindra la valeur de 2 / π , alors que i atteindra la valeur de l’angle limite λ , donnée par : 1 2 sin n n = λ Si maintenant l’angle d’incidence venait à dépasser la valeur de λ , la loi de Descartes n’est plus valable et le phénomène de réflexion totale apparaît. la surface se comporte comme un miroir. Remarque : le sinus de l’angle limite λ est le rapport de l’indice le plus petit sur l’indice le plus grand. Milieu (1) Réfraction i=90° limite Milieu (2) λ = r i >λ Milieu (1) i =λ Milieu (2) r =90° Réflexion totale Dr T. DJEMIL 1ère ANNEE MEDECINE 26/01/16 Maître de Conférences A Année 2015-16 - 4 - 2- Systèmes optique : Stigmatisme, Réalité et Virtualité. On appelle système optique un ensemble de surfaces réfléchissantes et/ou transparentes ayant une face d’entrée et une face de sortie des faisceaux lumineux. Il existe deux classes de systèmes optiques : • Les systèmes dioptriques que la lumière traverse de bout en bout, en ne subissant que des réfractions. • Les systèmes catadioptriques où la lumière subit une série de réfraction et se trouve renvoyée par une réflexion dans sa direction initiale. 2-1. Le stigmatisme : Un point lumineux A envoie des rayons lumineux vers un système optique S. On dit qu’il y a un stigmatisme rigoureux si tous les rayons qui sortent se S passent tous par un seul point A’. A est appelé le point objet et A’ le point image. On dit que A’ est une image rigoureusement stigmatique de A par rapport au système optique S. A l’exception du miroir plan, le stigmatisme rigoureux est très rarement réalisé. En réalité, les rayons qui sortent du système passent tous à l’intérieur d’une région entourant A’. A un point objet A correspond une tache image A’. Cette tache étant destiné à être vue par des instruments imparfaits, elle peut être confondu avec un point si ses dimension sont réduites. C’est le stigmatisme approché. 2-2. Réalité et virtualité : L’objet est objet réel s’il se trouve avant la face d’entrée du système. L’objet est objet virtuel s’il se trouve après la face d’entrée du système. L’image est dite réelle si elle se trouve après la face de sortie du système. L’image est dite virtuelle si elle se trouve avant la face de sortie du système. Chaque point de l’espace peut être un point objet ou un point image. L’espace est donc dédoublé : l’espace objet et l’espace image. L’espace objet est divisé en uploads/Geographie/ acfrogcj9t-8hlpwfmgoxhhwnsokkge-w6siataopft2yzbnpsqfov6qpup9yqkerhnva8kt6q4e7rl7mrrhabrgf-yyhojgbjo0rjzumeccztgtoc5cs7-y6nqb5nq.pdf