Les phenomes lumiere-matiere

Question 1

Que veut dire phenome lumiere-matiere

Answer 1

Le sujet représente l’endroit d’intérêt où ont lieu certaines modifications du signal lumineux : interaction lumière-matière pour créer du contraste > interaction différente pour pouvoir observer des détails

Question 2

Quelles sont les diff phenomes physique et/ou chimiques?

Answer 2

-absorption
-reflexion
-diffusion
-refraction
-diffraction
-interference
-polarisation de la lumiere

Question 3

Expliquer absorption

Answer 3

Echange d’énergie entre lumière et matière  perte d’énergie
Variation avec la longueur d’onde de la lumière incidente :
- Absorption sélective
- Les longueurs d’onde qui ne sont pas absorbées déterminent la teinte des objets
o Effet de filtre

Question 4

Expliquer reflexion

Answer 4

Changement de direction à l’interface de 2 milieux – le rayon reste dans le milieu d’origine > tout ce qui n’est pas absorbé est réfléchi dans le milieu d’origine
La réflexion spéculaire (miroir) :
- Rayons dans le même plan
- Angles incidents et réfléchis égaux par rapport à la normale
La réflexion diffuse :
- Les rayons sont réfléchis dans toutes les directions
- Un réflecteur parfait réfléchi dans toutes les directions de manière égale
Possibilité de créer un contraste spéculaire <-> diffuse

Question 5

Expliquer diffusion

Answer 5

Déviation de la lumière dans de multiples directions par une interaction au travers d’un milieu transparent (ex : rencontre d’une particule par la lumière dans l’espace, pas à l’interface de milieux)
- Processus élastique (sans perte d’énergie) – comme la réflexion
- Un diffuseur parfait diffuse intégralement la lumière incidente dans toutes les directions de manière égale – si imparfait, préférence pour avant ou arrière
- f(taille des hétérogénéités)
- Pour des très petites particules (type particules atmosphères – agissent comme des antennes qui captent certaines longueurs d’onde données (bleu) et les renvoient dans toutes les directions
- Diffusion de Rayleigh = diffusion +/- égalitaire dans toutes les directions mais qui dépend de la longueur d’onde (pas toutes les longueurs d’ondes concernées – plutôt pour petites) – explique le bleu du ciel > particules atmosphériques plutôt petites > diffusent longueurs d’ondes dont le bleu
- Particules plus grandes : diffusion de Mie
o Diffusion vers l’avant renforcée avec la taille
o Diffusion de lumière blanche à partir de 1000 nm
o Explique le blanc des nuages (diffusion par les plus grandes particules d’eau qui composent les nuages)

Question 6

Expliquer refraction

Answer 6

= changement de milieu > doit être transparent ou semi-transparent
Déviation d’une onde entre deux milieux transparents différents due au changement de sa vitesse (ralentissement ou accélération en fonction de la densité du milieu) – changement de vitesse entraîne un changement de direction
Changement de vitesse -> indice de réfraction

Question 7

Quel est l’indice de refraction n d’un milieu transparent i

Answer 7

• ni = vitesse dans le vide/vitesse dans le milieu
• n1sini = n2sinr
• L’angle incident se mesure toujours par rapport à la normale
• Construction du Huygens pour expliquer la réfraction
  o Plus n grand, plus angle i grand
• Front d’onde qui subit un changement de vitesse à l’interface de 2 milieux transparents
  o Sommets d’ondes alignés
  o Changement de milieu/vitesse  changement de direction nécessaire pour garder une certaine cohérence
  o Si pas de cohérence > perte d’alignement donc du front d’onde
• Vitesse et longueur varient en fonction de la densité du milieu

Question 8

Comment varie l’indice de refraction

Answer 8

-la longueur d’onde
-la temp
-la pression
-lorientation de propagation
-reflexion totale interne

Question 9

Expliquer la longeur d’onde pour indice de refraction

Answer 9

Angle de réfraction différent pour les différentes couleurs : les petits lambda sont +réfractés
-Aberrations chromatiques
Appareil photo > jeu lentille CV et DV pour limiter les aberrations (inhérentes à la traversée d’une lentille)
-Prisme
-=phénomène de dispersion

Question 10

Expliquer la temp pour indice de refraction

Answer 10

On peut déterminer l’indice de réfraction d’un débris de verre en le baignant dans un bain d’huile que l’on chauffe > indice de réfraction connu pour chaque T > au moment où le débris disparaît dans le milieu -> déterminer l’indice de réfraction du débris grâce à celui de l’huile

Question 11

Expliquer l’orientation de propagation

Answer 11

= cas de birefringence

-Certains matériaux > deux indices de réfraction -> traversée de la lumière à deux vitesses différentes en même temps
-Vitesse dépend de l’orientation de propagation de la lumière
-Séparation du signal lumineux en deux orientations > l’une + rapide que l’autre
 Orientation verticale traverse plus vite que l’horizontale car structurellement le milieu permet à la lumière de traverser plus facilement dans une orientation plutôt que l’autre
-On voit deux objets lorsqu’on regarde à travers
-Plus l’indice de réfraction est grand plus la déviation est grande
 Image du bas qui a l’indice de réfraction le plus élevé
-Mesure de biréfringence utilisée pour l’identification de certains matériaux

Question 12

Expliquer la reflexion totale interne

Answer 12

A l’interface de sortie d’un milieu dense à moins dense
Lorsque l’angle d’incidence est supérieur à l’angle critique
-La lumière reste dans le milieu plus dense au lieu de ressortir
-Utilisation dans les fibres optiques

Question 13

Expliquer diffraction

Answer 13

Comportement des ondes lorsqu’elles rencontrent un obstacle non transparent. La diffraction est le résultat de l’interférence des ondes diffusées par chaque point

petit trou

->Interférence entre ces nouvelles ondes pour former la tâche de diffraction > prépondérance d’intensité centrale puis alternance extinction/lumière

Question 14

Expliquer petit-trou

Answer 14

similaire au diaphragme > quand trop de fermeture > installation du phénomène de diffraction > - de lumière et tâches de diffraction de + en + grandes  qualité générale de l’image va baisser
Influence l’ensemble du plan image > dégrade le plan sur lequel on a fait la mise au point
Réorientation dans toutes les directions à la sortie du trou mais il faut que le trou ait une taille significative par rapport à la lumière

Question 15

phenomene lie a la notion de resolution? (diffraction)

Answer 15

La diffraction limite le pouvoir de résolution des instruments optiques :
-Critère de Rayleigh > distinguer deux sources ponctuelles
-La diffraction diminue avec la longueur d’onde
 La résolution augmente

Question 16

Expliquer l’interferance

Answer 16

L’interaction (addition des amplitudes) de 2 ondes cohérentes ou plus qui produit une nouvelle forme d’onde :
- Renforcement du signal (constructive)
- Affaiblissement du signal (destructive)
En chaque point de l’espace > la lumière interagit avec elle-même -> permet de garder une direction
Soit renforcement de l’amplitude (ie clarté plus grande) si en phase – si décalage de phase parfait > destructivité de la lumière
Applications : création de couleurs par interférence (ex : plume du paon)
Eclairage avec double polarisation > biréfringence pour voir l’objet + interférences pour couleurs d’interférences

Question 17

Expliquer la polarisation de la lumiere

Answer 17

Orientation de la vibration lumineuse par rapport à la direction de propagation du rayon
- Œil humain insensible à la polarisation de la lumière – certains insectes (type abeilles) y sont très sensible et s’en servent pour s’orienter
- En fonction de la polarisation  changement de représentation
- Tous les angles sont possibles
- Réfraction très différente en fonction de la polarisation
- Utilisation de filtres

Question 18

Comment peut on modifer l’orientation de propagation du rayon (polarisation de la lumiere)

Answer 18

Interaction lumière-matière très dépendant de l’orientation de la polarisation
Filtre de polarisation  réoriente les rayons lumineux : une partie des rayons qui n’étaient pas dans la bonne direction sont réorientés (si pas homogène > déperdition d’intensité lumineuse d’environ 50% > équivalent à un diaphragme)

Question 19

Expliquer la polarisation par reflexion

Answer 19

La réflexion de la lumière sur certains matériaux transforme sa polarisation
-Simplification : 2 polarisations
 S : perpendiculaire au plan d’incidence
 P : dans le plan d’incidence
-Lumière +/- réfléchie selon qu’elle est polarisées s ou p et selon l’angle d’incidence
 A l’angle de Brewster pas de polarisation-p réfléchie
 La polarisation par réflexion est maximale quand le rayon réfléchi et le rayon réfracté sont à 90° l’un de l’autre
* Donnée par : tan iB = n2/n1

Question 20

Comment peut on eliminer une grande partie de reflet

Answer 20

• Placer un polariseur devant l’appareil photo
• Se placer au bon angle de vue (angle de Brewster)

Question 21

Comment expliquer la polarisation

Answer 21

décomposition du champ électrique en 2 composantes orthogonales x et y :
- De même fréquence
- Pas forcément de même phase
- Ni de même amplitude

Question 22

Quelles sont les 3 types de polarisation

Answer 22

rectiligne, elliptique et circulaire > certains filtres permettent de passer d’une polarisation rectiligne à circulaire > introduction d’un retard de quart de lambda (demi lambda > passage verticale à horizontale)

Question 23

Comment cree du contraste

Answer 23

Exploiter/prendre en compte les caractéristiques du sujet pour créer un contraste souhaité :
- Contrôler la lumière incidente (technique d’éclairage et réglages)
- Composition (filtres), disposition, orientation, puissance…
- Exploiter les interactions possibles de cette lumière avec le sujet
- Disposition, recours à des techniques pour favoriser une interaction
- Contrôler la lumière modifiée qui va au capteur (filtres)