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Physique-Chimie

Physique

Systèmes optiques

Le cours porte sur les tracés de rayons en optique. Il est important de bien savoir tracer les rayons pour comprendre les systèmes optiques. Pour cela, il faut s'entraîner à faire différents cas de figures. 

La première situation présentée est celle d'une lentille convergente avec un objet AB situé entre O et F. Dans ce cas, l'image sera virtuelle et située avant la lentille. Pour tracer les rayons, on utilise le rayon qui passe par le centre de la lentille, qui n'est pas dévié. Ensuite, on peut choisir de tracer le rayon qui passe par le foyer image F' ou le rayon qui passe par F et ressort parallèlement à l'axe optique. En prolongeant ces rayons, on peut déterminer la position de l'image virtuelle.

Ensuite, le cours explique comment tracer les rayons lorsque l'objet est à l'infini. Il est important de conserver l'angle que fait l'objet avec l'axe optique. Puisque l'objet est à l'infini, tous les rayons parallèles à celui qui est donné peuvent être tracés. En utilisant le rayon non dévié et en le faisant passer par le plan focal image, on peut déterminer la position de l'image.

Le dernier cas étudié est celui d'un objet virtuel, c'est-à-dire un objet situé après la lentille. On commence par tracer le rayon qui passe par le centre optique, qui n'est pas dévié. Ensuite, on peut tracer un rayon qui passe par le foyer image F' et voir où il coupe les autres rayons tracés. La position de l'image virtuelle est donnée par le point de rencontre entre ces rayons.

En conclusion, il est essentiel de savoir tracer les rayons en optique pour comprendre les systèmes optiques. En s'entraînant à faire différentes situations, on peut facilement tracer les rayons sans se poser de questions.

Salut, c'est Leïla pour Studio. Aujourd'hui on va travailler sur les tracés de rayons. Donc ici c'est un exercice pour vous entraîner à bien tracer les rayons selon différentes situations avec les lentilles. Je vous l'ai déjà dit mais je vous rappelle que c'est absolument primordial de bien savoir tracer tous les rayons possibles de tous les systèmes optiques du monde. Pourquoi ? Parce que si vous arrivez à faire ça et que vous tombez en concours sur un exercice sur l'optique, vous avez fait 90% de votre exercice. Après le reste c'est uniquement de la géométrie, des théorèmes de Thalès ou des relations de conjugaison. Dans le cas inverse, si vous n'avez pas réussi à voir comment étaient tracés les rayons, vous avez peu de chances de comprendre le système qu'on vous donne à étudier et ça risque vraiment de vous pénaliser. Donc entraînez-vous à faire différentes situations et vous devez pouvoir tracer les rayons super machinalement sans vous poser de questions. Donc allons-y. Ici on a des lentilles convergentes. La première chose qu'on nous donne c'est cette situation-là. On a un objet AB qui est entre O et F et si jamais vous avez suivi une des méthodes précédentes, vous savez que dans ces cas-là, on a une image qui va être virtuelle, c'est-à-dire qu'elle va être située avant la lentille. Alors regardons ce que j'ai fait pour le tracé de rayons. Je prends toujours le rayon le plus simple qui est le rayon qui passe par le centre de la lentille qui n'est jamais dévié. Il faut le prolonger au maximum ici parce que justement on a besoin de la partie prolongée du rayon qui est avant la lentille. Ensuite au choix, soit je regarde le rayon qui passe par le foyer image F'. Donc ce rayon-là, je sais qu'en fait un rayon qui arrive parallèlement à l'axe optique et qui arrive à la lentille, il ressort en F'. Je pourrais aussi prendre l'inverse, le rayon qui passe par F et qui ressort parallèlement à l'axe optique. Ici donc ce que j'ai fait, c'est que j'ai d'abord tracé mon rayon parallèle. J'ai ensuite tracé le trait entre l'endroit où arrive mon rayon sur la lentille et F' et je l'ai prolongé au maximum jusqu'à ce qu'il coupe mon rayon bleu et donc là ça me donne la position de l'image qui est virtuelle. Alors maintenant, on a des objets à l'infini. Alors ça c'est un cas qui est malheureusement, enfin malheureusement, spécialement qui est très présent dans toutes les histoires du système optique et vous avez un peu de mal en général parce que vous savez un rayon qui vient de l'infini, qui est parallèle à l'axe optique, ça il n'y a pas de problème. Par contre quand on vous donne un angle comme ça, vous êtes un peu perturbé. Donc voilà ce qu'il faut faire. Ce qui est important lorsque vous avez un objet qui est à l'infini, c'est l'angle qu'il fait en arrivant avec l'axe optique. Donc il faut toujours, toujours, toujours garder cet angle. Après ce que vous avez, c'est vraiment un faisceau de rayons qui sont parallèles puisque votre objet il est à l'infini. Donc vous pouvez tracer n'importe quel rayon qui est parallèle à celui qu'on vous donne et ça va être un rayon qui est incident sur votre lentille. Donc ici, j'ai d'abord tracé évidemment en bleu le rayon qui n'est pas dévié parce qu'il passe par le centre de la lentille. Et en fait, si on a un objet qui vient de l'infini, ce seul rayon suffirait à savoir où on est. Pourquoi ? Parce qu'on sait qu'un objet à l'infini donne une image qui est dans le plan focal image. Et donc en fait, si je prends le rayon non dévié, avec le bon angle évidemment, et je regarde l'endroit où il coupe le plan focal image, normalement c'est bon. J'ai déjà la position de mon image. Vous voyez que mon rayon bleu, il coupe le plan focal image ici en b pris. Pour en être sûre, j'ai pris un autre rayon qui est également toujours parallèle à b infini, mais cette fois-ci qui passe par le foyer objet. Et donc s'il passe par le foyer objet, comment est-ce qu'il va ressortir ? Il va ressortir parallèle à l'axe optique. Et donc là, on voit bien qu'il ressort à la fois parallèle à l'axe optique et également qu'il coupe le plan focal image en b prime. Heureusement, on a bien tous ces points là qui sont concourants. Et donc ça nous a donné la position ici b prime. Dernier cas de figure qu'on étudie ici, c'est le cas d'un objet virtuel. Alors pas évident, mais encore une fois on utilise toujours les mêmes règles. Un objet virtuel, c'est un objet qui est après la lentille. Et donc on commence bien sûr par tracer le rayon bleu qui passe par le centre optique qui n'est pas dévié. Et ensuite, qu'est-ce qu'on peut tracer ici ? Moi j'ai choisi de tracer le rayon qui va passer par f prime. Donc j'imagine un rayon imaginaire, c'est pour ça que je l'ai mis en pointillé, qui va arriver en b. Et je sais que lui, il passe par f prime et donc il ressort de l'autre côté. Et donc à l'endroit où se coupe en fait mon rayon rouge en pointillé et mon rayon blanc en pointillé, j'ai mon image qui est virtuelle. Donc c'est un peu bizarre parce qu'on a l'image virtuelle d'un objet qui est lui-même virtuel. C'est une situation que vous ne rencontrez pas souvent, mais ça peut quand même arriver. Donc faites attention ici, je vous ai mis, ne confondez pas l'objet et l'image f et f prime. C'est des choses qu'on fait souvent, on ne fait pas trop gaffe comme ça et en fait on regarde que notre rayon il ne s'est pas prolongé en bon endroit. Surtout si vous avez des situations un peu bizarres comme ça, vous avez soit des objets à l'infini, vous n'êtes pas habitué, soit des objets virtuels. J'espère que cette vidéo vous aura été utile, n'hésitez pas à poser toutes vos questions ou à faire des remarques en commentaire.

Tracés avec des lentilles convergentes

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