Optique geometrique p1

Question 1

Quelle nature a la lumiere ?

Answer 1

Nature corpusculaire (elle est constituee de petites particules decouverte par Newton et et Descartes (17e s) et prouvee par Einstein (1905)
Nature ondulatoire (Grimaldi, premiere experience de diffraction 17e s)
Onde EM

Question 2

Quelles sont les caracteristiques de la lumiere ?

Answer 2

• onde EM sinusoidale
• constituee de deux champs (electrique E et magnetique B)
• representation tiedre direct avec les vecteurs E, B et k (nombre d’onde)

Question 3

A quel champ sont dus la plupart des effets lumineux

Answer 3

Ils sont dus au champs electrique E plutot qu’au champ magnetique B

NB: Ex=Eo. sin (2π/T . t)

Question 4

Donner la formule de E

Answer 4

E= hϑ=h. c/λ

Question 5

1 Å=…m

Answer 5

1 Å= 10-10 m

Question 6

Donner la formule de c en fonction de v et de lambda

Answer 6

c=λ x v (dans le vide)

Question 7

Que vaut la constante de plank?

Answer 7

h=6,61. 10-34 m2.kg/s

Question 8

Comment varient f et λ

Answer 8

Si f augmente, λ diminue

Question 9

Quelle est la limite inferieure des rayons γ ?

Answer 9

E>40 eV

f >10^19

Question 10

Une lampe a vapeur de sodium (ou mercure, néon, cadmium..) donne un spectre discret ou discontinu de qq longueurs d’ondes

Answer 10

Vrai

Question 11

Donner les caracteristiques du vide

Answer 11

Vide=
Milieu ISOTROPE (memes proprietes dans toutes les directions
Milieur HOMOGENE
Propagation de la lumiere en ligne droite donc c constante
= FORMALISME + Le vide conditionne les phenomenes d’ombre et d’eclipse (la lumiere ne contourne pas)

Question 12

Dans les milieux materiels, la frequence et la vitesse de propagation des ondes peuvent varier

Answer 12

Faux: LA FREQUENCE d’une onde reste LA MEME quelque soit le milieu traversé.
La longueur d’onde varie

Question 13

Donner n, l’indice du milieu, en fonction de c, v , λ et λo

Answer 13

n=c/v=λo/λ (comme f est constante)

n inversement // a la vitesse v et a la longueur d’onde

Question 14

Quelle loi permet de montrer la variation de n en fonction de λ

Answer 14

Loi de Cauchy:

n^2= Ao + A1/λ^2 + A2/λ^4 + A3/λ^6…

Question 15

Dans quelles conditions une onde peut se propager en ligne droite dans un milieu materiel

Answer 15

Il faut que le milieu soit HOMOGENE, ISOTROPE ET TRANSPARENT

Question 16

La masse volumique est constante dans l’atmosphere

Answer 16

Faux, si on monte très haut en altitude, la masse volumique peut varier
Cf LOI DE GLADSTONE: ρ= f(p, T)

Question 17

Qu’est ce qui est constant dans un milieu INhomogene

Answer 17

cst= (n-1)/ρ

Question 18

Un rayon lumineux peut:
-se heurter avec une surface reflechissante= reflexion

et/ou
-passer du milieu 1 au milieu 2 = refracion

Answer 18

Vrai

Question 19

Rappelez le principe de Fermat ❤️ notamment dans le cas d’une reflexion

Answer 19

La lumiere ou un rayon lumineux, pour passer d’un point a un autre, obeit au principe de Fermat: Le rayon lumineux suivra la trajectoire correspondant AU TEMPS DE PARCOURS MINIMAL. (≠ distance de parcours minimale)

Dans le cas d’une réflexion (=la propagation a lieu dans un seul milieu), temps et distance peuvent se confondre, on peut donc dire que d’après le principe de Fermat, le rayon lumineux suivra une trajectoire correspondant A LA DISTANCE DE PARCOURS MINIMAL (ou temps)

Question 20

On peut appliquer la loi de Snell-Descartes pour la reflexion et la refraction

Answer 20

FAUX: La loi de Snell-Descartes n’est appliquee QUE pour la REFRACTION

n1.sin (i1)= n2.sin (i2) avec sin (i1)/v1 = sin (i2)/v2

Question 21

Pour la reflexion, l’angle de reflexion est plus petit que l’angle d’incidence

Answer 21

Faux : Reflexion –> Angle reflechi = angle incident
(la normale forme une bissectrice)

Attention:
angle réflechi (V; principe du retour inverse de la lumiere) ≠ angle réfracté (qui traverse le deuxieme milieu)

Question 22

L’angle inident est toujours pris par rapport a la normale

Answer 22

Vrai

Question 23

Donner une interpretation pour n1 < n2

Answer 23

n1 moins refringent que n2
sin(i1)>sin (i2)
i1 > i2
L’angle réfracté se rapproche de la normale

Question 24

A quelle valeur d’angle correspond l’incidence rasante? Et pour l’emergence rasante ? Pour quelle angle la loi de descartes n’est plus valable ?

Answer 24

Incidence rasante: i1= 90 degres
Emergence rasante: i2= 90 degres

Pour i1= 42 degres (plutot lorsque l’angle depasse 41,81 deg), le rayon est TOTALEMENT REFLECHI (la loi de Descartes n’est plus valable) car ca nous donne un sinus>1 (=1,003; impossible)

Question 25

Donner la valeur de l’angle critique

Answer 25

Plus de refraction possible pour tous les angles > 41,81 dergres (angle critique qui fournit un rayon emergent rasant avec sin i2=1)

Au dessus de cette valeur, les rayon subissent une reflexion avec (rappel): θ (incidence)= θ (reflexion)

Question 26

Dans le cas d’une lame a faces //, le rayon emergent ressort dans la meme direction que le rayon incident avec un decalage δ=k.e (k=cste, e=epaisseur lame)

Answer 26

Vrai

Question 27

Une fibre optique ne peut fonctionner que si l’indice de la gaine n’’ est plus grand que l’indice du coeur n’ (si n’‘>n’) ❤️

Answer 27

Faux, une fibre optique ne peut fonctionner que si l’indice du COEUR est PLUS GRAND que l’indice de la gaine (si n’>n’’)

Question 28

Donner la formule de l’ouverture numerique (toujours dans le cas de la fibre optique)

Answer 28

sin i= √(n’^2-n’‘^2)/ n et la plupart du temps n=1 (air)

Question 29

A quoi correspond une attenuation de 3 decibels au niveau energie ?

Answer 29

Attenuation de 3 dB= division de l’energie par 2

Question 30

Definir le mot ‘‘image’’. Comment apparait-elle a travers une lame a face // (fenetre..) ? Et sous l’eau ?

Answer 30

Image= intersection de deux rayons réfractés ou de leur prolongement en arrière. Plus la lame (fenetre) est epaisse, plus l’image A’ s’eloigne de l’objet A (=plus A’ se rapproche de la lame et donc l’objet semble plus proche qu’il ne l’est en realite)

Sous l’eau, l’objet semble plus loin et plus gros

Dans l’air, l’objet semble plus proche et plus petit

Question 31

Expliquez les phenomemes de refraction atmospherique.

Comment varie n en fonction de la densité et de la température ? Qu’est-ce que la direction apparente?

Answer 31

Atmosphere= succession de couches d’air ayant un indice qui varie (par ex avec la masse volumique, cf loi de glastone ρ=f(p,T); milieux homogenes et inhomogenes etc..).

n // densité
n inversement // T

L’oeil imagine la lumiere de facon tangente: c’est la direction apparente

NB: On peut avoir plus de reflexion que de refraction (phenomene mirage cf cours)

Question 32

Aberration=stigmatisme

Answer 32

Faux, Aberration=defaut d’un systeme optique=astigmatisme (un obj ponctuel apparait comme une multitude, un nuage de point, flou ≠ stigmatique

Question 33

Comment considérer un système stigmatique ?

Answer 33

On parle de l’approximation de Gauss:

• Faisceau optique peu ouvert
• Petits angles d’incidences

Question 34

Toutes les formules d’optique géométrique sont valables pour un système stigmatique

Answer 34

Vrai