Unité 5 L’Optique

L’optique et la lumière L’optique – la branche de la physique qui étudie la lumière et le vision. La lumière – une forme d’énergie rayonnante qui vient des ondes électromagnétiques, détectable par l’oeil humain.

5.1 La Lumière Différentes sources produisent de la lumière. La plus importante = le Soleil (naturelle) Les humains ont créé les sources artificielles

Objets lumineux - émettent leurs propres lumières Objets lumineux - émettent leurs propres lumières. Ils donnent de la lumière. Objets non-lumineux - n’émettent pas leurs propres lumières. Ils réfléchissent la lumière émise par d’autres sources.

L’énergie est transformée en lumière par les objets lumineux Il y a des différentes formes d’énergie: Chimique Électrique Nucléaire Thermique Voici 6 catégories de sources de lumière

1. Incandescence Les objets deviennent lumineux par une chaleur intense Ils émettent des températures très élevées Une partie de l’énergie est transformée en énergie thermique – s’ils perdent trop d’énergie, ils ne sont pas une source efficace. Exemples : une ampoule, une allumette, une bougie

On préfère les source efficaces, mais les sources inefficaces sont aussi utiles! Garder ta nourriture chaude! Garder tes poussins chaude (et contente)!

2. Phosphorescence Certaines substances qu’on appelle luminophores, émettent de la lumière pour un petit peu de temps après qu’ils sont illuminé Les luminophores conservent l’énergie (le stockage de l’énergie), et puis la libèrent sous forme de la lumière La couleur et la durée dépendent de la substance utilisée. Exemples: une montre, une étoile (décorations)

3. Décharge électrique Quand un courant électrique passe à travers un gaz, et les particules gazeuses émettent de la lumière. Exemples: un éclair

4. Fluorescence Le procédé où un objet émet de la lumière en recevant l’énergie d’une autre source. Les tubes fluorescencents - écoles, bureaux etc... Ces tubes produisent moins de chaleur que les ampoule incandescents Ces tubes fonctionnent par : La décharge électrique La phosphorescence

5. Chimiluminescence La lumière produit par un réaction chimique Les 2 substances sont séparées dans une tube par une paroi, mais quand on brise le paroi les substances se mélangent et un réaction chimique produit de la lumière Exemples - les bracelets

6. Bioluminescence Certaines êtres vivantes peuvent devenir lumineux sous l’effet d’une réaction chimique Ex/ les lucioles, les vers luisants, et certaines espèces de poissons, bactéries et champignons

5.3 – Lumière et transparence Lors de la sélection de matériaux, les ingénieurs et ingénieures doivent évaluer ceux qui interceptent la lumière et ceux qui la laissent passer. Par exemple…on veut construire une nouvelle maison…est-ce qu’on veut que la lumière passe à travers toute la maison…quels types de matériaux est-ce qu’on veut utiliser, et où?

Selon leur degré de transparence, les matériaux sont classifié; 1. transparents 2. translucides 3. opaques (Voir figure 1, p. 274)

1. Transparent La pellicule de plastique est transparente. Ses particules laissent facilement passer la lumière. Les objets sont clairement visibles, à l’autre côté de l’objet Ex/ une fenêtre, le verre, les eaux claires peu profondes.

2. Translucide La peau est translucide. Ses particules laissent passer une partie de la lumière, mais une autre partie est réfléchie à la surface. On ne peut pas clairement voir les objets à l’autre côté de l’objet. Ex/ le verre givré, tes ongles

3. Opaque Un verre de lait est opaque. La plupart des matériaux sont opaques. Ses particules ne laissent pas la lumière passer à travers l’objet. La lumière est soit absorbée ou réfléchie à la surface de l’objet. Ex/ le bois, une roche, une brique

La classification La classification des matériaux selon leur degré de transparence s’appelle: ALÉATOIRE

Un verre d’eau est transparent. MAIS tu ne peux pas voir le fond d’un lac profond…pourquoi?? Parce que l’eau absorbe la lumière et ne la réfléchit pas beaucoup

Donc, une petite quantité d’eau sera transparent, une quantité plus importante sera translucide, et une énorme quantité sera opaque. Ceci est vrai avec tous les matériaux transparents…l’inverse est également vrai… On peut couper une roche (opaque) en fines tranches, et ils seront translucides.

Absorption et réflexion de la lumière Quand la lumière frappe un matériel opaque, elle ne le traverse pas. Une partie est absorbée et convertie en énergie thermique (donne de la chaleur) Ex/ l’asphalte Pendant un jour ensoleillée, les rayons solaires frappe l’asphalte, ils sont transformés en énergie thermique et ça devient chaude. La lumière non-absorbée est réfléchie. (C’est pourquoi on peut voir l’asphalte.)

Il existe 3 propriétés qui décrivent la quantité de lumière absorbée ou réfléchie; 1. La couleur 2. Le lustre 3. La texture

1. La couleur Les matériaux noirs ou foncés absorbent une plus grande partie de la lumière que les matériaux blanc ou clair. C’est pourquoi on utilise les bardeaux foncés pour couvrir les toits de maisons, au Canada!

2. Le lustre Les matériaux mats comme le bois absorbent plus de lumière que les matériaux luisants comme la tôle d’aluminium.

3. La texture Un matériel avec une surface rugueuse comme le stuc (popcorn ceiling) absorbera plus de la lumière qu’un matériel à surface lisse, comme le plâtre ** Les surfaces lisses et brillantes réfléchiront la plus grande quantité de la lumière.

5.4 - Description des images une image = la représentation d’un objet. un instrument d’optique reproduit l’image d’un objet.

Réelles contre virtuelles Les images sont réelles ou virtuelles. Il est possible de projeter une image réelle sur un écran, mais il est impossible avec une image virtuelle. Ceci est parce que une image virtuelle n’est visible qu’avec un instrument d’optique.

Comparer les images Il y a 4 caractéristiques des images: 1. la taille 2. le position 3. l’emplacement 4. la catégorie

La taille La taille peut être: inférieure à l’objet visionné supérieure à l’objet visionné semblable à l’objet visionné

Le Position Le position peut être: droite inversée

l’emplacement l’emplacement peut être: changer. Tu peux manipuler l’emplacement d’un objet. ex/ plus proche ou plus loin de l’instrument d’optique.

La catégorie La catégorie peut être: l’image réelle - projetée sur l’écran l’image virtuelle - crée avec l’aide d’un instrument d’optique seulement. Tupac: hologram Snoop Dog: le vrai homme

Le grossissement Une méthode pour décrire la taille d’une image est d’indiquer son grossissement. Les jumelles donnent un grossissement de 10 x Un microscope donne un grossissement de 1 000 x

Voici la formule pour calculer le grossissement d’une image: grossissement = hauteur de l’image hauteur de l’objet ex/ un oiseau a une taille de 9 cm, semble avoir une taille de 63 cm avec les jumelles. Quel est le grossissement de l’oiseau? Le grossissement de l’oiseau est 7 fois.

ex 2 et 3 Au microscope, la largeur de 0,1 mm d’une ficelle semble atteindre 40 mm. Quel est le grossissement de la ficelle? Le grossissement de la ficelle est 400 fois. Une lentille réduit la hauteur des lettres de 8 mm à 4 mm. Quel est le grossissement? Le grossissement est 0,5 fois.

5.5 – Réflexion et miroir plan Donnez des exemples d’où nous utilisons les miroirs. Voici quelques exemples: 1. les dentistes – pour examiner nos dents 2. les conducteurs/conductrices – pour surveiller les autres automobiles 3. les décorateurs/décoratrices – pour donner l’illusion d’une pièce plus grande.

Qu’est-ce qu’un miroir plan? Un miroir plan est un miroir ordinaire. (c’est plat) Le mot “plan” est la même qu’en mathématiques Une surface 2-D La vocabulaire associé à la réflexion de la lumière.

Pendant notre prochaine expérience on va essayer à répondre la question suivante: Question: Quelle est la relation entre l’angle d’incidence et l’angle de réflexion de la lumière quand c’est réfléchie d’un miroir plan?

5.8-5.9 Les miroirs courbes les images produisent par les miroirs courbes sont différentes de celles des miroirs plans. Il y a deux types de miroirs courbes; 1. miroir convexe 2. miroir concave

la surface réfléchissante d’un miroir convexe est arrondie vers l’exterieur comme le dos d’une cuillère. la surface réfléchissante d’un miroir concave est incurvée à la manière du cuilleron (partie creuse) d’une cuillère.

Exemples miroirs convexes; miroirs concaves; téléscope lampe (chez le dentiste) lampe à poche miroirs convexes; facilite la surveillance dans les magasins installé à l’avant de l’autobus/voiture etc... **** attention; les objets qu’on voit sont plus rapprochés que ne le suggère l’image!!!!!!

Réfraction de la lumière et les lentilles 5.10 5.11 5.12 Réfraction de la lumière et les lentilles N’oublie pas - la lumière voyage en ligne droite DANS L’AIR Question: Qu’est-ce qui se passe quand la lumière passe d’une substance à une autre? http://www.brainpop.fr/category_20/subcategory_217/subjects_1659/

Réponse: La lumière est déviée en passant d’une substance à une autre (comme l’air à l’eau). Cette déviation de la lumière s’appelle - RÉFRACTION réfraction = distorsion

ici la lumière est réfractée quand elle passe de l’air à l’eau ça cause une distorsion de l’image

la lumière réfracté agrandit l’image réfraction est essentielle à la vision la lumière est réfléchie de la source de lumière à tes yeux ET la lumière est réfractée en passant par tes yeux

Pourquoi la réfraction? la vitesse de la lumière change quand ça passe d’une substance à une autre ex/ l’air à l’eau la plus dense la substance, la plus lente la vitesse de la lumière l’eau est plus dense que l’air, alors la lumière ralentit quand ça frappe l’eau voir figure 2 Page 291

tes yeux sont un exemple d’une lentille une lentille: un disque incurvé et transparent qui réfracte les rayons de lumière exemples; loupe, lunettes, yeux

les lentilles sont; 1. concaves - plus mince au milieu 2. convexes - plus épaisse au milieu

ces configurations produisent des effets uniques aux lentilles; ces configurations produisent des effets uniques aux lentilles; **opposé des miroirs concaves et convexes 1. concaves - les rayons passent par une lentille concave et vont partout - image plus petite 2. convexes - les rayons passent par une lentille convexe et se rencontre à un point image - plus grande