2 : Optique géométrique et formation d'images
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Ce chapitre présente les principales idées de l'optique géométrique, qui décrivent la formation d'images due à la réflexion et à la réfraction. On parle d'optique « géométrique » parce que les images peuvent être caractérisées à l'aide de constructions géométriques, telles que des diagrammes de rayons. Nous avons vu que la lumière visible est une onde électromagnétique ; toutefois, sa nature ondulatoire ne devient évidente que lorsque la lumière interagit avec des objets dont les dimensions sont comparables à la longueur d'onde (environ 500 nm pour la lumière visible). Par conséquent, les lois de l'optique géométrique ne s'appliquent qu'à la lumière interagissant avec des objets bien plus grands que la longueur d'onde de la lumière.
- 2.1 : Prélude à l'optique géométrique et à la formation d'images
- Sloud Gate est une sculpture publique d'Anish Kapoor située dans le Millennium Park à Chicago. Ses plaques en acier inoxydable reflètent et déforment les images qui l'entourent, y compris la ligne d'horizon de Chicago. Inauguré en 2006, il est devenu une attraction touristique populaire, illustrant comment l'art peut utiliser les principes de l'optique physique pour surprendre et divertir.
- 2.2 : Images formées par des miroirs plans
- La loi de réflexion nous indique que l'angle d'incidence est le même que l'angle de réflexion. Un miroir plan forme toujours une image virtuelle (derrière le miroir). L'image et l'objet se trouvent à la même distance d'un miroir plat, la taille de l'image est identique à celle de l'objet et l'image est verticale.
- 2.3 : Miroirs sphériques
- Les miroirs sphériques peuvent être concaves (convergents) ou convexes (divergents). La distance focale d'un miroir sphérique est la moitié de son rayon de courbure :\(f = \frac{R}{2}\). L'équation du miroir et le ray tracing vous permettent de donner une description complète d'une image formée par un miroir sphérique. L'aberration sphérique se produit pour les miroirs sphériques mais pas pour les miroirs paraboliques ; l'aberration comatique se produit pour les deux types de miroirs.
- 2.4 : Images formées par réfraction
- Lorsqu'un objet est observé à travers une interface plane entre deux supports, il apparaît à une distance apparente hi différente de la distance réelle\(h_0\) :\(h_i = \left(\frac{n_2}{n_1}\right)h_0\). Une image est formée par la réfraction de la lumière à une interface sphérique entre deux milieux d'indices de réfraction n1 et\(n_2\). La distance de l'image dépend du rayon de courbure de l'interface, de l'emplacement de l'objet et des indices de réfraction du support.
- 2.5 : Lentilles fines
- Deux types de lentilles sont possibles : convergentes et divergentes. Une lentille qui fait fléchir les rayons lumineux vers (s'éloigner de) son axe optique est une lentille convergente (divergente). À la fin de cette section, vous serez en mesure d'utiliser des diagrammes à rayons pour localiser et décrire l'image formée par une lentille et d'utiliser l'équation de la lentille mince pour décrire et localiser l'image formée par une lentille.
- 2.6 : L'œil
- L'œil humain est peut-être le plus intéressant et le plus important de tous les instruments optiques. Nos yeux remplissent un grand nombre de fonctions : ils nous permettent de percevoir la direction, les mouvements, les couleurs et la distance. Dans cette section, nous explorons l'optique géométrique de l'œil.
- 2.7 : La caméra
- Les appareils photo utilisent des combinaisons d'objectifs pour créer une image à enregistrer. À la fin de cette section, vous serez en mesure de : Décrire l'optique d'une caméra. Caractérisez l'image créée par une caméra.
- 2.8 : La loupe simple
- Une loupe simple est une lentille convergente qui produit une image virtuelle agrandie d'un objet situé dans la distance focale de l'objectif. Le grossissement d'une image lorsqu'elle est observée par l'œil est le grossissement angulaire M, qui est défini par le rapport entre l'angle\(θ_{image}\) sous-tendu par l'image et l'angle\(θ_{object}\) sous-tendu par l'objet.
- 2.9 : Microscopes et télescopes
- De nombreux dispositifs optiques contiennent plusieurs lentilles ou miroirs. Ils sont analysés en considérant chaque élément de manière séquentielle. L'image formée par la première est l'objet de la seconde, et ainsi de suite. Les mêmes techniques de traçage de rayons et de lentilles fines développées dans les sections précédentes s'appliquent à chaque élément de lentille. Le grossissement global d'un système à éléments multiples est le produit des grossissements linéaires de ses éléments individuels par le grossissement angulaire de l'oculaire.
Miniature : Rayons réfléchis par un miroir sphérique convexe : Les rayons lumineux incidents parallèles à l'axe optique sont réfléchis par un miroir sphérique convexe et semblent provenir d'un point focal bien défini situé à la distance focale f sur le côté opposé du miroir. Le point focal est virtuel car aucun rayon réel ne le traverse. (CC BY 4.0 ; OpenStax)