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Niveau maths sup
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Optique

Posté par Profil etudiantilois 17-07-19 à 13:53

Bonjour,

J'ai un souci avec un exercice d'optique.

On cherche à observer un objet vertical AB de 3 mm de haut.

1. On l'observe d'abord directement à l'oeil nu en se plaçant à 15 cm de lui. Quelle est la valeur du diamètre apparent sous lequel l'objet est vu ?

2. On place maintenant cet objet dans le plan focal objet d'une lentille convergente de distance focale image f'=10 cm.

2.1. Faire une construction géométrique en indiquant la position de l'image A'B' de AB à travers la lentille.

2.2. Exprimer le diamètre apparent sous lequel l'image est vue par un observateur qui regarde à travers la loupe. Faire l'application numérique.

Dans le corrigé de la question 1, on a : tan=AB(en algébrique)/d.
On obtient alors alpha... Jusque là je comprends, cela correspond bien au cours.

Pas de souci pour la construction.

Mais pour le corrigé de la 2.2, on a : tan'=AB(en algébrique)/f'
Pourquoi aurait-on f' au dénominateur ? Et pourquoi AB au numérateur ?

La définition du cours de "diamètre apparent d'une image virtuelle" donne tan alpha ' = A'B' (en algébrique) / IA' (en algébrique) avec I là où est placé l'oeil...

On nous dit aussi qu'en général l'oeil est supposé être placé au foyer image de la lentille (L).

Donc je ne comprends pas le corrigé de la question 2.2, cela ne semble pas correspondre à la définition du cours...

Merci beaucoup par avance pour votre explication.

Posté par
vanoise
re : Optique 17-07-19 à 14:28

Bonjour
La définition du diamètre angulaire que tu connais s'applique au cas de la question 1 ; plus généralement, elle s'applique lorsque ce que tu observes n'est pas situé à l'infini.
Dans le second cas, l'œil voit à travers la lentille l'image de AB rejetée à l'infini. La position de l'œil peut donc être quelconque derrière la lentille mais le placer en F' présente de l'intérêt dans certaines situations non étudiées ici semble-t-il. Le point A sur l'axe optique émet un faisceau de rayons qui ressortent de la lentille tous parallèles entre eux et parallèles à l'axe optique. Le point B émet un faisceau de rayons qui ressortent tous de la lentilles parallèles entre eux mais inclinés d'un angle ' par rapport à ceux issus de A. Cet angle ', mesuré en radian, est appelé diamètre angulaire ou diamètre apparent...

Posté par Profil etudiantiloisre : Optique 17-07-19 à 15:20

Merci pour votre réponse.

Je commence à comprendre un peu plus, mais par contre je ne comprends toujours pas pourquoi le corrigé donne AB/f'.

Comment, à partir de la définition citée dans mon premier message, peut-on savoir que tan '=AB/f' ?

Je suis vraiment désolé, je ne vois vraiment pas...

Merci encore pour l'aide.

Posté par
vanoise
re : Optique 17-07-19 à 15:41

Peux-tu scanner ton schéma concernant la question 2 et le poster  ? As-tu bien compris la définition de ' ?

Posté par Profil etudiantiloisre : Optique 17-07-19 à 15:50

Bien sûr, je vous envoie le schéma d'ici une dizaine de minutes.

A propos de la définition de alpha', j'ai l'impression de l'avoir comprise, mais en réalité je ne suis pas sûr de bien l'avoir comprise...

Une autre question aussi : je lis dans un livre : Lorsque l'on considère l'objet à l'infini : OA' (en algébrique) = f'.

Déjà, pourquoi dit-on cela ? Ensuite, est-ce vrai pour une lentille convergente ET pour une lentille divergente ?

Merci encore.

Posté par
vanoise
re : Optique 17-07-19 à 16:11

Pour n'importe quel système optique centré (admettant un axe optique), l'image A' d'un point objet A situé à l'infini sur l'axe optique est le point de l'axe optique appelé foyer image et noté très souvent F'. Le point image A' est donc confondu avec le foyer image F' dans ce cas particulier. De même, si A est confondu avec le foyer objet F, l'image est sur l'axe optique mais rejeté à l'infini : les rayons issus de A=F ressortent du dispositif optique parallèles à l'axe optique.

Posté par Profil etudiantiloisre : Optique 17-07-19 à 16:13

Voici les figures du corrigé.

Merci beaucoup pour vos explications.

J'ajoute une dernière question : pourquoi sur la figure de droite ci-dessous il faut mettre des pointillés pour l'image à l'infini A'B' ? Pourquoi l'image n'est-elle pas à droite de la double-flèche symbolisant la lentille ?

Optique

Posté par Profil etudiantiloisre : Optique 17-07-19 à 16:16

Merci beaucoup pour votre message de 16h11, c'est plus clair pour l'infini, par contre, pas pour la définition de alpha et de alpha'...

Posté par
vanoise
re : Optique 17-07-19 à 16:29

Relis mes messages précédents.
Puisque A est confondu avec F, tous les rayons issus de A ressortent de la lentilles parallèlement à l'axe optique. Le rayon AO appartient à ce faisceau et n'est pas dévié. Ce résultat est considéré comme "évident" et ce tracé n'est pas fait pour ne pas alourdir la figure.
Tous les rayons issus de B ressortent de la lentille parallèlement entre eux. Deux de ces rayons sont tracés en rouge. On voit bien que l'angle entre les deux faisceaux est l'angle entre les rayons "rouges" qui émergent de la lentille et l'axe optique, soit l'angle ' de la figure. Ensuite, il suffit de savoir comment exprimer une tangente dans un triangle rectangle...

Posté par Profil etudiantiloisre : Optique 17-07-19 à 17:00

Merci beaucoup !

Je pense que cela devient plus clair...

Je vous avoue que je commence à paniquer car on est bientôt à la moitié des vacances et je n'ai pas du tout revu la moitié de la première année... Je ne serai jamais au point pour les concours...

Je vous envoie dans quelques minutes un dernier message avec mes dernières questions.

Posté par Profil etudiantiloisre : Optique 17-07-19 à 17:08

Dernières questions :

1. Je suis désolé, mais AB/f' cela ne correspond pas à la définition, ni au schéma, de l'extrait de cours ci-dessous... Je ne comprends pas ! Pourtant, oui, c'est la définition de la tangente... Mais AB c'est l'objet et non l'image ? Alors qu'on veut le diamètre apparent de l'image ?

2. Où est placé l'oeil ?

Merci, et désolé...

** image supprimée **

Posté par
mmalou Webmaster
re : Optique 17-07-19 à 19:20

hum....

Posté par Profil etudiantiloisre : Optique 17-07-19 à 19:25

@malou :

mmalou @ 17-07-2019 à 19:20

hum....


oui, où est le problème ?

Posté par Profil etudiantiloisre : Optique 17-07-19 à 21:48

malou, pourquoi avoir supprimé l'image ??!!

Et en plus vous vous plantez en disant que je fais du multipost...

Sympa de mettre des bâtons dans les roues aux élèves !

Posté par
vanoise
re : Optique 17-07-19 à 21:51

Bonsoir maalou : c'est exactement le même problème sur le plan mathématique mais pas du tout le même problème physique, quoique... en tenant compte du principe du retour inverse de la lumière...
Bonsoir etudiantilois : j'ai déjà répondu aux questions que tu poses dans ton message du 17-07-19 à 17:08...

Posté par Profil etudiantiloisre : Optique 17-07-19 à 21:51

Si vanoise vous pouviez m'aider à comprendre le lien entre le corrigé et cette définition...

Merci.

Optique
***image recadrée conformément au règlement***

Posté par Profil etudiantiloisre : Optique 17-07-19 à 21:54

@vanoise : nos messages se sont croisés...

Je ne suis vraiment pas sûr d'avoir compris...

Pourquoi écrire AB et non A'B' comme c'est le diamètre de l'image ?

Mais c'est vrai que A'B' est à l'infini donc on est coincé...

Autre question : pourquoi sur la figure on place l'image à l'infini à gauche en pointillé ? Pourquoi n'est-elle pas à droite ?

MERCI encore, et désolé...

Posté par
vanoise
re : Optique 17-07-19 à 22:09

Tu es tombé dans le piège (rassure-toi : tu n'es pas le premier !) : diamètre angulaire ou diamètre apparent ne désigne pas une distance comme le diamètre d'un cercle : il s'agit d'un angle. Plus cet angle est grand, plus l'image formée sur la rétine de l'œil est grande, plus il est facile de percevoir les détail de l'image.
On parle de diamètre angulaire si l'objet est regardé directement par l'œil ; on parle de diamètre angulaire apparent quand l'objet est regardé à travers un instrument d'optique (loupe comme ici, lunette, microscope...) ; dans ce cas, il s'agit de l'angle sous lequel l'image est vue à travers l'instrument. Dans le cas particulier où cette image est rejetée à l'infini, je t'ai expliqué de façon détaillée comment on définit le diamètre angulaire apparent.

Posté par Profil etudiantiloisre : Optique 17-07-19 à 22:16

Merci beaucoup, cela commence à être vraiment plus clair j'ai l'impression !

Mais ce n'est pas écrit dans le cours que j'ai joint dans mon message de 21h51 le cas où l'image est à l'infini ?

Alors comment aurait-on pu trouver la méthode que vous avez décrite seul ?

Merci encore pour le mal que vous vous donnez pour que je comprenne...

Posté par
vanoise
re : Optique 17-07-19 à 22:21

Le cas de l'image à l'infini correspond à la figure 4 de ton premier message et aux explications que j'ai fournies alors.

Posté par Profil etudiantiloisre : Optique 17-07-19 à 22:30

OK ! Mais, rassurez-moi (ou pas !), comment aurait-on pu trouver la formule A'B'/f' sans aide ?

Posté par
vanoise
re : Optique 17-07-19 à 22:44

A quoi servent les professeurs et accessoirement les forums d'aide ???
Plus sérieusement, ce n'est pas très difficile mais, j'en conviens volontiers, il faut un peu d'habitude pour s'en sortir... Pour vraiment bien comprendre, il faut savoir comment fonctionne l'œil : pour qu'il ne fatigue pas, il doit regarder des objets éloignés, en pratique à l'infini pour un œil normal. C'est pour cela que les instruments d'optiques (loupes, lunettes, microscopes...) sont destinés à donner d'un objet réel une image virtuelle rejetée à l'infini de plus grand diamètre angulaire apparent possible. C'est le cas de la loupe de la figure 4 de ton premier message.

Posté par Profil etudiantiloisre : Optique 17-07-19 à 23:22

Merci beaucoup !

Et y a-t-il d'autres choses à connaître de ce type en optique ?

Autre question : pourquoi l'image à l'infini est-elle en pointillé à gauche du signe de la lentille et pas à droite en traits continus ?

Posté par
vanoise
re : Optique 18-07-19 à 10:06

Citation :
pourquoi l'image à l'infini est-elle en pointillé à gauche du signe de la lentille et pas à droite en traits continus ?

Traditionnellement, les rayons réels sont tracés en traits pleins. Les rayons virtuels ou les prolongements de rayons réels utiles au raisonnement, sont tracés en pointillés. Sur la figure 4, les pointillés parallèles avec l'indication B', suggèrent que l'image de B est rejeté à l'infini vers la gauche dans la mesure où les rayons issus de B arrivent dans l'œil parallèlement entre eux après traversée de la lentille, l'œil regardant vers la gauche puisqu'il regarde "à travers" la loupe.
Citation :
Et y a-t-il d'autres choses à connaître de ce type en optique ?

Impossible de répondre sans connaître ton programme mais l'optique géométrique est un domaine des sciences assez vaste...

Posté par Profil etudiantiloisre : Optique 18-07-19 à 11:05

Merci beaucoup pour votre réponse.

C'est cela ce que je ne comprends pas :

"

Citation :
dans la mesure où les rayons issus de B arrivent dans l'œil parallèlement entre eux après traversée de la lentille, l'œil regardant vers la gauche puisqu'il regarde "à travers" la loupe.
"

Posté par
vanoise
re : Optique 18-07-19 à 15:52

Pour t'aider à comprendre le fonctionnement de la loupe et plus généralement : comment l'œil peut voir un objet à l'infini, voici un schéma. Il reprend la figure 4 de ton premier message mais j'y ai ajouté l'œil schématisé de la façon suivante : une lentille convergente de centre Oc qui représente le cristallin et un écran : la rétine. Pour voir à l'infini, les muscles du cristallin font en sorte que la distance focale du cristallin f'c soit égale à la distance entre le centre du cristallin et la rétine.
Ainsi, les rayons issus de A ( en vert) ressortent de la loupe parallèles à l'axe optique ; le cristallin les fait converger en son foyer image F'c=A" : image de A par l'ensemble {loupe , cristallin}. Ainsi l'image d'un objet à l'infini sur l'axe optique se forme au foyer du cristallin. Les rayons issus de B ressortent de la lentille en un faisceaux de rayons parallèles entre eux inclinés par rapport à l'axe optique de '. Le cristallin les fait converger en B", image de B par l'ensemble  {loupe , cristallin} c'est à dire aussi image de B'(point à l'infini n'appartenant pas à l'axe optique) par le cristallin seul..
L'oeil voit donc distinctement un objet à l'infini. Un calcul très simple montre que la hauteur de l'image rétinienne est :
A"B"=f'c.tan(').
Pour avir une image sur la rétine assez grande pour bien en distinguer les détails, il faut que l'objet à l'infini ait un diamètre angulaire apparent ' le plus grand possible.
PS : la police grecque de mon logiciel ne trace pas les accents. Sur mon schéma, il faudrait remplacer par '...

Optique



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