Fiche de physique - chimie
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Visibilité d'un objet et réflexion de la lumière

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I. Sources lumineuses et milieux de propagation

1) Les sources lumineuses

Si on allume une source de lumière telle qu'une lampe, on peut voir la lampe et les objets voisins car ces corps émettent de la lumières atteignant nos yeux.
Les objets produisant eux-mêmes de la lumière (comme les étoiles, les lampes, etc.) qu'ils émettent sont des sources primaires de lumière.
La plupart des corps diffusent une partie de la lumière qu'ils reçoivent (et absorbent l'autre partie), la renvoyant dans toutes les directions, et sont des sources secondaires de lumière.

2) Milieux de propagation dits transparents et opaques

La lumière n'est pas visible directement, mais peut être visualisée à l'aide de fines particules telles que les poussières, les fumées ou les gouttelettes d'eau qui la diffusent vers nos yeux.

Visibilité d'un objet et réflexion de la lumière : image 1


Un milieu est dit transparent si la lumière issue de l'objet peut le traverser avant de parvenir à nos yeux. C'est le cas du vide ou de l'air.
La vitesse de propagation de la lumière dans le vide vaut c = 299 792 458 m.s-1. Elle est approximativement du même ordre de grandeur dans l'air. En revanche, elle est plus faible dans les autres milieux transparents.
La plupart des corps sont opaques, c'est-à-dire qu'ils ne laissent pas la lumière les traverser. Ainsi, ils absorbent une partie de la lumière et diffusent le reste.

3) Propagation rectiligne de la lumière

Tout objet visible par l'oeil émet de la lumière. C'est un objet lumineux.

Principe de propagation rectiligne
Dans un milieu transparent et homogène, la lumière provenant d'une source ponctuelle se propage en ligne droite.
On appelle rayon lumineux le trajet suivit par la lumière depuis un point d'un objet lumineux.


Visibilité d'un objet et réflexion de la lumière : image 2


Limite de ce principe : si on diminue l'ouverture du diaphragme limitant un pinceau lumineux à moins de 1/10ème de millimètre, les rayons lumineux sont diffractés. Le trou du diaphragme joue alors le rôle de source lumineuse. ce phénomène sera introduit en terminale.
Visibilité d'un objet et réflexion de la lumière : image 3



II. Formation d'une image par réflexion et lois de Descartes

1) Réflexion de la lumière:

Un faisceau lumineux arrivant sur un obstacle ayant une surface polie est renvoyé dans une direction privilégiée : on dit qu'il est réfléchi.

2) Lois de la réflexion dites de Descartes

On appelle plan d'incidence le plan défini par la normale à la surface réfléchissante et le rayon incident (voir le schéma suivant).

Visibilité d'un objet et réflexion de la lumière : image 4


Lois :
Le rayon réfléchi appartient au plan d'incidence;
L'angle de réflexion est égal à l'angle d'incidence (i = i').


Principe du retour inverse de la lumière : dans tout système optique, le chemin suivi par la lumière est indépendant du sens de sa propagation.

3) Le miroir plan

i) Définition :
Un miroir plan est une surface plane, qui réfléchit quasi-totalement la lumière reçue. Les miroirs utilisés couramment sont des lames de verre dont la face postérieure est argentée (on parle de tain).

ii) Image donnée par un miroir plan :

Visibilité d'un objet et réflexion de la lumière : image 5


A' est le symétrique orthogonal de A par rapport au miroir. Le miroir donne donc une image symétrique de l'objet par rapport au plan réfléchissant.

Visibilité d'un objet et réflexion de la lumière : image 6


L'image A'B' a les même dimensions que l'objet AB (A'B' = AB).

Un miroir plan donne d'un objet une image symétrique de l'objet par raport au miroir, de même grandeur que l'objet.



iii) Champ d'un miroir plan :
Le champ d'un miroir est la portion d'espace qu'un oeil, placé dans une position déterminée, peut voir par réflexion.
La portion d'espace est située à l'intérieur du volume délimité par les demi-droites issues de O', image de O dans le miroir, qui s'appuient sur le contour de celui-ci.
Il dépend de la forme et des dimensions du miroir et de la position de l'oeil par rapport à lui (lorsque l'œil se rapporche du miroir, le champ s'élargit).
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