Physique chap 21
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Questions and Answers

Quel élément est essentiel pour que la réflexion soit spéculaire sur un miroir?

  • La surface doit être parfaitement lisse (correct)
  • La surface doit être teintée
  • La surface doit être en bois
  • La surface doit être rugueuse

Quel matériau est mentionné comme un bon conducteur de lumière pour les miroirs?

  • Plastique
  • Verre
  • Aluminium (correct)
  • Cuivre

Quel phénomène se produit lorsqu'un rayon lumineux frappe un miroir?

  • La réflexion diffuse uniquement
  • La diffraction de la lumière
  • La réflexion spéculaire (correct)
  • L'absorption totale de la lumière

Quelle est la profondeur d'absorption de la lumière sur un miroir en argent?

<p>1 nm (D)</p> Signup and view all the answers

Quelle proportion de lumière incident est réfléchie par un miroir en argent?

<p>95% (A)</p> Signup and view all the answers

Quand on observe son reflet dans un miroir, que peut-on dire sur la taille de l'image?

<p>Elle est de la même taille (D)</p> Signup and view all the answers

Quel effet ont les électrons métalliques lors de l'interaction avec une onde lumineuse?

<p>Ils vibrent à la même fréquence et réémettent une onde (B)</p> Signup and view all the answers

Pourquoi les miroirs sont-ils souvent recouverts d'une plaque de verre?

<p>Pour augmenter la résistance et la transparence (C)</p> Signup and view all the answers

Quel est le rôle principal des photorécepteurs dans l'œil?

<p>Absorber la lumière et convertir cette énergie en signal neuronal (D)</p> Signup and view all the answers

Dans quelle zone de la rétine les cônes sont-ils le plus densément regroupés?

<p>Dans la fovéa (D)</p> Signup and view all the answers

Quelle caractéristique de la fovéa la rend unique par rapport aux autres régions de la rétine?

<p>Elle est le site du meilleur point de fixation du regard (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est le diamètre approximatif de la fovéa?

<p>0.3 mm (D)</p> Signup and view all the answers

Quel type de photorécepteurs est majoritairement responsable de la vision en pleine lumière?

<p>Les cônes (A)</p> Signup and view all the answers

Quelle est l'absence de la fovéa qui affecte la perception visuelle?

<p>L'absence de bâtonnets (A)</p> Signup and view all the answers

Comment les cônes contribuent-ils à la vision?

<p>Ils perçoivent les couleurs sous différentes intensités lumineuses (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle affirmation décrit le mieux la fonction des bâtonnets?

<p>Ils sont responsables de la vision nocturne (D)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la valeur maximale de la fréquence angulaire dans le système visuel humain selon le contenu?

<p>4 cycles/degré (B)</p> Signup and view all the answers

Quel type de fonction est impliqué dans la définition des paramètres de fréquence angulaire et de contraste?

<p>Fonction de transfert de contraste (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'ordre de grandeur de lumière émise par une ampoule à incandescence de 40W?

<p>470 lumen (A)</p> Signup and view all the answers

Quelle caractéristique rend le système visuel humain moins efficace dans certaines conditions d'observation?

<p>Distance de l'objet observé (D)</p> Signup and view all the answers

Quelle affirmation concerne le contraste dans le système visuel humain?

<p>Il baisse avec l'augmentation de la fréquence éloignée de 4 cycles/degré (B)</p> Signup and view all the answers

À quelle couleur notre œil est-il le plus sensible en vision photopique?

<p>Vert (A)</p> Signup and view all the answers

Quels animaux présentent un maximum de CTF plus bas que celui des humains selon l'exemple donné?

<p>Chouette (A), Poisson rouge (C)</p> Signup and view all the answers

Comment est décrite la relation entre fréquence et contraste dans la fonction de transfert de contraste?

<p>Décroissante (B)</p> Signup and view all the answers

Pourquoi le ciel nous paraît-il bleu à distance du Soleil?

<p>Les molécules d'azote et d'oxygène diffusent les longueurs d’onde courtes plus efficacement. (B)</p> Signup and view all the answers

Qu'est-ce qui fait qu'un objet apparaît d'une certaine couleur selon la perception humaine?

<p>La longueur d'onde réfléchie et interprétée par le cerveau. (D)</p> Signup and view all the answers

Pourquoi la couleur d'un pull rouge change-t-elle sous une lumière blanche?

<p>Le pull reflète uniquement les longueurs d’onde du rouge. (B)</p> Signup and view all the answers

Que se passe-t-il lorsque la lumière du Soleil traverse une épaisse couche d'atmosphère?

<p>La composante bleue est en grande partie éliminée. (D)</p> Signup and view all the answers

Quel phénomène explique le fait que le ciel soit marron au coucher du Soleil lorsque l’atmosphère est chargée?

<p>Les particules en suspension absorbent les longueurs d’onde courtes. (A)</p> Signup and view all the answers

Comment la perception de la couleur est-elle définie dans le cadre psychophysique?

<p>Elle est liée à la réponse psychologique face aux stimuli lumineux. (A)</p> Signup and view all the answers

Laquelle des affirmations suivantes décrit correctement la diffusion de la lumière dans l'atmosphère?

<p>Les molécules de l'atmosphère favorisent la diffusion des couleurs plus courtes comme le violet. (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle couleur dominate la lumière à l'horizon lorsque le soleil se lève?

<p>Le rouge, dû à la traversée importante de l'atmosphère. (D)</p> Signup and view all the answers

Comment se déplace notre regard selon le contenu ?

<p>De manière saccadée avec des fixations. (D)</p> Signup and view all the answers

Quel est le rôle des fixations dans la perception visuelle ?

<p>Elles créent une perception de mouvement continu. (B)</p> Signup and view all the answers

À quelle fréquence les images doivent-elles être échantillonnées pour percevoir des mouvements continus ?

<p>À environ 20 Hz. (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle durée est typique d'une fixation lors du déplacement du regard ?

<p>Environ 150-200 ms. (C)</p> Signup and view all the answers

Comment le cerveau perçoit-il le mouvement continu ?

<p>En reconstruit le mouvement à partir de fixations. (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la durée approximative d'une saccade dans le déplacement du regard ?

<p>Environ 30 ms. (C)</p> Signup and view all the answers

Quelles zones du cerveau sont importantes pour le traitement des points de fixation ?

<p>Les zones corticales visuelles et motrices. (A)</p> Signup and view all the answers

Pourquoi le cerveau interrompt-il certains mouvements visuels ?

<p>Pour permettre un traitement plus rapide de l'information. (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle affirmation est correcte à propos de l'observation d'une scène ?

<p>La perception est une reconstruction active. (D)</p> Signup and view all the answers

Quel type de mouvement est souvent associé aux saccades et fixations ?

<p>Mouvements linéaires saccadés. (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'éclairement maximum observé en plein soleil ?

<p>100'000 lux (D)</p> Signup and view all the answers

Quelle affirmation concernant la perception de la lumière est correcte ?

<p>La perception de la lumière dépend de l'interaction entre l'œil et le cerveau. (D)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'éclairement typique d'une salle de lecture de radiologie ?

<p>50-100 lux (B)</p> Signup and view all the answers

Quelle loi décrit la réfraction de la lumière ?

<p>Loi de Snell (C)</p> Signup and view all the answers

Dans quel cas la luminosité perçue est-elle correcte ?

<p>La luminosité perçue varie selon l'environnement. (C)</p> Signup and view all the answers

Quel est le rapport entre lux et lumens ?

<p>1 lux = 1 lm/m² (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'effet de l'intensité lumineuse sur notre consommation d'énergie ?

<p>Différentes lampes de 2000 lumens peuvent consommer des puissances différentes. (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la puissance transportée par la lumière mesurée en watts (W) ?

<p>Elle est calculée à partir de l'éclairement et de la surface. (B)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Angle d'incidence

L'angle d'incidence est l'angle entre un rayon lumineux incident et la normale à la surface réfléchissante.

Angle réfléchi

L'angle réfléchi est l'angle entre un rayon lumineux réfléchi et la normale à la surface réfléchissante.

Réflexion spéculaire

La réflexion spéculaire est une réflexion où tous les rayons lumineux incidents parallèles sont réfléchis parallèlement les uns aux autres.

Réflexion diffuse

La réflexion diffuse se produit lorsqu'une surface rugueuse réfléchit la lumière dans toutes les directions.

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Miroir

Une surface réfléchissante qui crée une image derrière elle.

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Couche réfléchissante

La couche d'un miroir qui réfléchit la lumière.

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Image dans un miroir

L'image d'un objet vu dans un miroir.

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Image non inversée en direction vertical

L'image d'un objet réfléchi dans un miroir semble être de la même taille mais opposée à l'objet original en fonction de l'axe horizontal. La hauteur de l'objet est la même que celle de son image.

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Qu'est-ce que la fovéa ?

La fovéa est une petite dépression située au centre de la rétine, dans la partie la plus dense des cônes, responsable de la vision centrale et de la perception des couleurs.

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Que sont les bâtonnets ?

Les bâtonnets sont des photorécepteurs de la rétine responsables de la vision nocturne et de la perception des formes.

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Que sont les cônes ?

Les cônes sont des photorécepteurs de la rétine responsables de la vision diurne et de la perception des couleurs.

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Où sont les bâtonnets plus nombreux ?

Les bâtonnets sont plus nombreux que les cônes dans la rétine, sauf dans la fovéa.

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Où se trouve le maximum de cônes ?

La concentration des cônes est maximale dans la fovéa, la zone où la vision est la plus nette.

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Est-ce qu'il y a des bâtonnets dans la fovéa ?

La fovéa est dépourvue de bâtonnets.

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Quelle est la fonction de la fovéa ?

La fovéa est responsable du point de fixation du regard, c'est-à-dire le point où l'image est la plus nette.

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Quel est le rôle des photorécepteurs ?

Les photorécepteurs convertissent l'énergie lumineuse en signaux neuronaux, ce qui permet de transmettre les informations visuelles au cerveau.

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Mouvement des yeux

Le mouvement des yeux est saccadé, c'est-à-dire qu'il se fait par une succession de fixations courtes et rapides.

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Fixation

Durant une fixation, l'œil reste fixe sur un point précis pendant environ 150 à 200 millisecondes.

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Saccades

Les saccades sont des mouvements rapides des yeux qui durent environ 30 millisecondes.

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Interpolation

Le cerveau combine les images statiques de chaque fixation pour créer l'illusion d'un mouvement continu.

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Fréquence d'échantillonnage

La perception du mouvement nécessite un échantillonnage d'au moins 20 images par seconde.

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Zones activées du cerveau

Différentes zones du cerveau sont activées en fonction du niveau d'expertise de l'observateur.

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Reconstruction du mouvement

Le cerveau peut reconstituer un mouvement continu à partir d'une séquence de fixations d'images statiques.

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Fixation

L'œil ne capte pas toutes les informations d'une scène, il se concentre sur des points spécifiques.

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Image mentale

Le cerveau utilise les informations des fixations pour construire une image mentale complète de la scène.

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Perception du mouvement

Le cerveau interpole entre les images statiques perçues lors des fixations, créant ainsi l'illusion d'un mouvement continu.

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Éclairement

Le flux lumineux provenant de la demi-sphère au-dessus d'une surface, par unité de surface. Mesuré en lux (lx).

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Interaction onde EM - matière

La lumière est une onde électromagnétique. L'interaction de cette onde avec la matière provoque des phénomènes tels que la réflexion et la réfraction. Les propriétés de la matière déterminent le type d'interaction.

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Réfraction

La lumière change de direction lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre. L'angle de réfraction est déterminé par l'angle d'incidence et les indices de réfraction des deux milieux.

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Lentille

Un appareil optique qui utilise la réfraction pour concentrer ou diverger la lumière.

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La couleur est une notion psychophysique

La couleur est une notion qui est perçue par le cerveau, en fonction de la longueur d'onde de la lumière qui est réfléchie par un objet.

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Perception de la couleur

Nos yeux ne perçoivent pas toutes les longueurs d'onde de la lumière. Chaque longueur d'onde correspond à une couleur spécifique dans notre perception.

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Absorption de la lumière et perception de la couleur

Lorsqu'un objet est éclairé par de la lumière blanche, certaines longueurs d'onde pénètrent dans l'objet et d'autres sont réfléchies vers nos yeux. Seules les longueurs d'onde réfléchies déterminent la couleur que nous percevons.

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Pourquoi le ciel est bleu ?

Le ciel nous apparaît bleu parce que l'atmosphère terrestre diffuse davantage les longueurs d'onde courtes (bleu et violet) que les longues (rouges).

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Pourquoi le ciel est rouge au coucher du soleil ?

Au lever et au coucher du soleil, la lumière traverse une plus grande épaisseur d'atmosphère, ce qui élimine une partie des longueurs d'onde bleues et laisse passer davantage les rouges.

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Unité de mesure de la longueur d'onde

La longueur d'onde de la lumière est mesurée en nanomètres (nm).

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La couleur dépend de la lumière et de l'objet

La couleur que nous percevons dépend de la lumière incidente sur l'objet et des longueurs d'onde que cet objet absorbe ou réfléchit.

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La couleur est une perception complexe

Notre perception de la couleur est uniquement possible grâce à un système complexe qui comprend nos yeux et notre cerveau.

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Qu'est-ce que la fonction de transfert de contraste (CTF) ?

La fonction de transfert de contraste (CTF) est une fonction qui décrit la capacité d'un système visuel à distinguer des détails à différentes fréquences spatiales. Elle est définie par deux paramètres : la fréquence angulaire et le contraste. La CTF nous indique la sensibilité de notre vision à différents motifs et détails, en fonction de leur finesse et de leur luminosité.

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Qu'est-ce que la fréquence angulaire ?

La fréquence angulaire est une mesure de la finesse des détails dans une image. Elle est exprimée en cycles par degré (cyc/deg). Plus la fréquence angulaire est élevée, plus les détails sont fins.

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Qu'est-ce que le contraste ?

Le contraste est la différence entre la luminosité des détails dans une image. Plus le contraste est élevé, plus les détails sont faciles à distinguer. La CTF est mesurée en présentant des signaux sinusoïdaux de fréquences et de contrastes variables.

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Quelle est la CTF de l'œil humain ?

La CTF humaine a un maximum à environ 4 cycles/degré. Cela signifie que notre système visuel est le plus efficace pour distinguer des détails d'environ 4 cycles par degré. Notre perception des détails est donc limitée par cette capacité.

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Qu'est-ce que la puissance lumineuse perçue ?

La puissance lumineuse perçue correspond à la quantité de lumière que l'œil perçoit, en tenant compte de la sensibilité de l'œil aux différentes couleurs. La sensibilité de l'œil varie avec la longueur d'onde de la lumière.

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Quelle est la couleur à laquelle l'œil est le plus sensible en vision photopique ?

En vision photopique (vision diurne), l'œil est le plus sensible à la couleur jaune-verte, correspondant à une longueur d'onde d'environ 555 nm.

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Quelle est la relation entre la puissance électrique et la puissance lumineuse perçue d'une ampoule à incandescence ?

La puissance électrique d'une ampoule à incandescence peut être très différente de sa puissance lumineuse perçue. Une ampoule de 6,5 W peut émettre la même quantité de lumière perçue qu'une ampoule de 40 W, car la puissance lumineuse perçue dépend de la sensibilité de l'œil à différentes longueurs d'onde.

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Qu'est-ce que l'efficacité lumineuse ?

L'efficacité lumineuse est une mesure de la quantité de lumière visible émise par une ampoule pour une quantité donnée d'énergie consommée. Elle est exprimée en lumens par watt (lm/W). Une ampoule ayant une efficacité lumineuse élevée produit plus de lumière visible pour la même quantité d'énergie utilisée.

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Study Notes

Session physgen2024

Chapitre 21: Rayonnement optique – Miroirs, lentilles et vision humaine

  • Module B1.1 du cours de physique générale
  • Cours enseigné par le Pr François Bochud
  • Sujet : Rayonnement optique, miroirs, lentilles et vision humaine

Objectifs

  • Expliquer les principes physiques des miroirs et lentilles, et dessiner qualitativement leurs images.
  • Comparer les propriétés des caméras et du système visuel et décrire la perception de la couleur.
  • Décrire les grandeurs psychophysiques de la mesure de la lumière.

Question de cours

  • Lorsque vous vous regardez dans un miroir le matin, la lumière est principalement réfléchie sur le verre.

Miroir

  • 95% de la lumière est réfléchie et 5% est transmise à l'air.
  • La loi de Snell décrit la réfraction(la lumière change de direction lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre).

Instruments optique simple

  • Un miroir permet d'obtenir une image virtuelle d'un objet.
  • Un sténopé crée une image réelle à travers un trou.
  • Les lentilles convergentes sont plus efficaces que les sténopes pour l'optique de l'œil.

L'œil fonctionne-t-il comme une lentille convergente ou divergente ?

  • L'œil fonctionne comme une lentille convergente.
  • Les lentilles convergentes possèdent une puissance optique positive.
  • Les lentilles divergentes possèdent une puissance optique négative.

Lentille convergente

  • La cornée et le cristallin sont des lentilles convergentes.
  • Elles produisent une image réelle sur la rétine.

Une lentille convergente produit une image inversée.

Quelle partie de l'œil contribue le plus à la focalisation de la lumière sur la rétine ?

  • La cornée et le cristallin contribuent à la focalisation de la lumière sur la rétine.

La cornée et le cristallin

  • La rétine est contenue dans une chambre remplie d'eau.

L'œil fonctionne-t-il comme une lentille convergente ou divergente ?

  • L'œil fonctionne principalement comme une lentille convergente.

L'oeil myope

  • Le globe oculaire est trop long.
  • Les objets éloignés sont flous.
  • Correction avec une lentille divergente.

L'œil hypermétrope

  • Le globe oculaire est trop court.
  • Les objets proches sont flous.
  • Correction avec une lentille convergente.

Transformation de l'énergie lumineuse en signal neuronal

  • L'œil convertit l'énergie lumineuse en signal neuronal dans la rétine.

Prétraitement avant la transmission au nerf optique

  • Les photons traversent les cellules avant d'atteindre les photorécepteurs.

Photorécepteurs

  • 120 millions de bâtonnets (vision scotopique).
  • 6.5 millions de cônes (vision photonique; 3 types : S(bleu), M(vert), L(rouge)).

Que voyez-vous à l'œil nu lorsque vous observez une aurore boréale au-dessus de la Suisse ?

  • La question demande ce qu'on observe directement avec les yeux.

Explication Œil

  • Avec faible luminosité, l'œil utilise les bâtonnets pour la vision scotopique.
  • L'appareil photo détecte les couleurs grâce aux photons.

La fovéa

  • La fovéa est la partie centrale de la rétine, avec la plus forte densité de cônes.
  • Elle assure la meilleure résolution spatiale.

Fonction de transfert de contraste

  • Le système visuel distingue les fluctuations spatiales d'intensité.

Mesure de la lumière

  • L'unité de mesure de la lumière est le lux (lm/m²).

Comment comprenez-vous les informations relatives aux ampoules électriques ?

  • La puissance électrique n'est pas la même chose que la puissance lumineuse perçue.

En vision photopique, quelle couleur est la plus sensible ?

  • La réponse est la jaune-verte.

Flux lumineux ф₁

  • L'unité est le lumen (lm).
  • La puissance lumineuse varie en fonction de la longueur d'onde.

Fonctions de sensibilité visuelle V photopique

  • La fonction V mesure la sensibilité de l'œil pour différentes longueurs d'onde.

Références

  • Sans référence, basé uniquement sur les images fournies.

Résumé

  • Principes des instruments optiques : interaction onde EM-matière, réflexion, réfraction, miroirs, lentilles.
  • Système visuel : ≠ caméra numérique, trois types de cônes, diagramme de chromaticité, perception = interprétation du cerveau.
  • Mesure de la lumière : puissance transportée(W), composante utile à l'œil(Im), éclairement(lm/m2 ou lux)..

Exemple de question d'examen :

  • Une lampe qui émet 2000 lumens est perçue deux fois plus brillante qu'une lampe de 1000 lumens.

Objectifs correspondants

  • Décrire les grandeurs psychophysiques de mesure de la lumière.

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Chapitre 21, Rayonnement optique, Miroirs, Lentilles et Vision Humaine (PDF)

Description

Ce quiz explore les concepts fondamentaux de l'optique, notamment la réflexion des miroirs et le rôle des photorécepteurs dans l'œil. Testez vos connaissances sur les propriétés des miroirs, l'absorption de la lumière, et la structure de la rétine. Vous découvrirez également l'importance de la fovéa dans la vision.

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