Module de Biophysique PDF 2024/2025

Module de Biophysique Pr Youssef Mir 2024/2025 Semestre 1 Université Ibnou Zohr Faculté de Médecine et de Pharmacie d’Agadir  Chapitre IV : Biophysique de la vision Plan IV. BASES DE L'OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE...

Module de Biophysique Pr Youssef Mir 2024/2025 Semestre 1 Université Ibnou Zohr Faculté de Médecine et de Pharmacie d’Agadir  Chapitre IV : Biophysique de la vision Plan IV. BASES DE L'OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE IV.1. Les Phénomènes lumineux IV.2. Dioptre sphérique IV.3. Les lentilles  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Phénomènes lumineux Sources de lumière: Source primaire: émet de la lumière (lampe, soleil et bougie) Source secondaire : réfléchir de la lumière (miroir) Les types de milieux : Milieu transparent: on voit nettement à travers (air, eau et verre) Milieu opaque: on ne voit pas à travers (mur, bois et carton) Milieu translucide: laisse passer la lumière, mais on ne voit pas à travers (verre dépoli) Matériau n Les systèmes optiques: Vide 1 Ce sont des systèmes transparents caractérisés par des indices de réfraction n différents séparés par des dioptres. Air 1 Eau 1.33 Verre optique 1.52 Diamant 2.42  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Phénomènes lumineux Faisceaux lumineux: Lois de Snell-Descartes: Les rayons réfléchis et réfractés sont dans le plan d'incidence N S N S Plan R n1 ϴ1 ϴ1 ϴ2 Plan d’incidence d’incidence ϴ2 R n2 1ère Loi de réflexion (ϴ1 = ϴ2) 2ème Loi de réfraction (n1sinϴ1 = n2sinϴ2)  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Exemple du phénomène de réfraction Une paille placée dans l’eau parait cassée à l’interface air-eau à cause du phénomène de réfraction  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Phénomènes lumineux Réfraction et réflexion 1- Cas où n1 < n2 : réfraction limite S N n1 sin (i) = n2 sin (r) sin (i) > sin (r) (i) > (r) i Si (i) = 0 (sans déviation ) alors (r) = 0 Si (i) = π/2, l’angle de réfraction est maximal = (rlim) et sin (rlim) = n1/n2 n1 Dioptre n2 2- Cas où n1 > n2 : réflexion totale n1 sin (i) = n2 sin (r) r n1 > n2 sin (i) < sin (r) (i) < (r) r Si (r) = π/2, l’angle d’incidence limite est tel que: sin (ilim) = n2/n1 Si l’angle d’incidence est supérieur à ilim, il n’y n1 < n2 a plus de rayon réfracté (réflexion totale) Dioptre = miroir Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Exemple du phénomène de réflexion λ > grosseur des reliefs (aspérités) λ < grosseur des reliefs (aspérités) Réflexion spéculaire (miroir) Réflexion diffuse  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Phénomènes lumineux Objet réel, image virtuelle Image virtuelle: Image ne se Objet réel : Objet se situant pas dans l’espace image. situant dans l’espace objet. Objet réel: Tout objet placé en amont d'un système optique, dans le sens de propagation de la lumière, est un objet réel.  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Phénomènes lumineux Objet virtuel, image réelle Image réelle : Image se situant dans Objet virtuel: Objet ne se situant l’espace image pas dans l’espace objet. Le point A est un objet virtuel pour le miroir. Il n'existe pas physiquement. Son image est réelle, car on peut la faire apparaître sur un écran.  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Phénomènes lumineux Objet réel, image virtuelle La loupe La loupe est une lentille convergente qui, lorsqu'un objet est situé entre elle et son foyer, renvoie une image virtuelle agrandie. D. A. : Boris Klissourski Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Phénomènes lumineux Objet réel, image virtuelle Le microscope optique  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Phénomènes lumineux Vergence et distance focale La vergence est un paramètre qui caractérise les propriétés de focalisation d’un système optique. C’est une grandeur algébrique, s’exprime en dioptries (δ). Distance focale: O Axe optique (droite F F’ passant par les deux centres). sens + Les distances focales sont égales lorsque le milieu des deux côtés du système optique est le même.  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Phénomènes lumineux Foyers F’ : foyer principal image de la lentille = F : foyer principal objet de la lentille = le point image d’un objet situé à l’infini le point objet d’une image située à l’infini Lentille convergente Lentille convergente Faisceau issu d’un point à l’infini Faisceau issu d’un point Lentille divergente Lentille divergente  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Dioptre sphérique Un dioptre sphérique est une surface sphérique de centre C séparant deux milieux d’indices de réfraction différents. Relation de conjugaison du dioptre sphérique V est la vergence ou la puissance du dioptre (unité : Dioptrie = m-1). -Si V > 0: dioptre convergent - Si V < 0: dioptre divergent Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Dioptre sphérique Grandissement/Image d’un objet 𝐴′ 𝐵′ 𝑛1 𝑆𝐴′ 𝛾= = 𝐴𝐵 𝑛2 𝑆𝐴  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Dioptre sphérique Foyer image et Foyer objet n2 si n1 < n2, F' est virtuel Foyer Image F' : SF '  SC n2  n1 si n1 > n2, F' est réel n1 Foyer Objet F : SF  SC si n1 < n2, F est virtuel n1  n2 si n1 > n2, F est réel  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Les lentilles minces et lentilles épaisses Formule de conjugaison et de grandissement Une lentille est un système centré formé de deux dioptres dont l'un au moins est un dioptre sphérique. 1 1 V (vergence de la lentille) = V1 (dioptre 1) + V2 (dioptre 2) 𝑉= − 𝑆𝐴′ 𝑆𝐴 γ (grandissement de la lentille) = γ1 (dioptre 1) * γ2 (dioptre 2) 𝑛1 𝑆1 𝐴1 𝑛𝑆2 𝐴′ 𝛾 = 𝛾1 × 𝛾2 = × 𝑛𝑆1 𝐴 𝑛2 𝑆2 𝐴1 Une lentille est mince lorsque son épaisseur est négligeable 𝐴′ 𝐵′ 𝑛1 𝑆𝐴′ 𝑆𝐴′ devant les rayons de courbure de ses deux faces (S1 ≡ S2 ≡ S) 𝛾= = = 𝐴𝐵 𝑛2 𝑆𝐴 𝑆𝐴  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Les lentilles minces - classification Les lentilles à bords épais Les lentilles à bords minces  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Les lentilles minces Lentille convergente - Lentille divergente Une lentille mince à bords Une lentille mince à bords minces est convergente. épais est divergente. Représentation de la lentille convergente et divergente: Lentille convergente Lentille divergente  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Les lentilles minces Foyer image et foyer objet Foyer image F’ 1 𝑂𝐹′ = 𝑉 Foyer objet F 1 𝑂𝐹 = − 𝑉 F et F’ sont symétriques par rapport à O. Pour une lentille convergente, F et F’ sont réels, alors que pour une lentille divergente, ils sont virtuels.  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Les lentilles minces Image réelle (Lentille convergente) Espace objet (image virtuelle) Espace objet (image réelle) Image est réelle renversée OA > 2f Espace objet (image virtuelle) Espace objet (image réelle) Image est réelle renversée OA = 2f Espace objet (image virtuelle) Espace objet (image réelle) Image est réelle renversée 2f > OA > f  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Les lentilles minces Image virtuelle (Lentille convergente) Espace objet (image virtuelle) Espace objet (image réelle) Image est virtuelle droite OA < f L’image est virtuelle lorsqu’elle est située du même côté de la lentille que l’objet. Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Les lentilles minces Image virtuelle (Lentille divergente) Espace objet (image virtuelle) Espace objet (image réelle) Image est virtuelle droite Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Les lentilles minces Construction de l'image d'un objet Objet réel placé avant le foyer objet l’image est réelle et renversée. B A’ A F O F’ B’ B’ Objet réel placé entre le foyer objet et la lentille l’image est virtuelle, droite et toujours plus grande que l’objet: loupe B F A O F’ A’ Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Les lentilles minces Construction de l'image d'un objet Objet virtuel l’image est réelle, droite et toujours plus petite que l’objet B’ B F O A’ F’ A Objet situé à l’infini B  l’image est située dans le plan focal image A’ A  F O F’ B’ Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Les lentilles minces Construction de l’image A1B1 d’un objet AB Suivant la position de l’objet, on distingue 4 situations. 1er cas 2ème cas 3ème cas 4ème cas B B B B O A F A A F' A  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Les lentilles minces Construction de l’image A1B1 d’un objet AB B A1B1 est une image réelle et renversée A1 O A F F' B1 AB est un objet réel, situé avant F Remarque : Pour toutes les constructions 1er cas d’image, il suffit de tracer deux rayons parmi les trois qui sont proposés.  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Les lentilles minces Construction de l’image A1B1 d’un objet AB B1 B A1B1 est une image virtuelle et droite A1 O F A F' AB est un objet réel, situé entre F et O 2ème cas  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Les lentilles minces Construction de l’image A1B1 d’un objet AB B B1 O A1B1 est une image F A1 A F' réelle et droite AB est un objet virtuel, situé entre O et F’ 3ème cas  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Les lentilles minces Construction de l’image A1B1 d’un objet AB B B1 O A1 F F' A AB est un objet virtuel, situé A1B1 est une image après F’ réelle et droite 4ème cas  Chapitre IV : Base de l’optique géométrique Miroir sphérique Dioptre sphérique Lentille 1 1 1 𝑉= 𝑉= 𝑉= 𝑓′ 𝑓′ 𝑓′ 1 1 2 𝑛2 𝑛1 𝑛2 − 𝑛1 1 1 𝑉= + = 𝑉= − = 𝑉= − 𝑆𝐴 𝑆𝐴′ 𝑆𝐶 𝑆𝐴′ 𝑆𝐴 𝑆𝐶 𝑆𝐴′ 𝑆𝐴 𝐴′ 𝐵′ 𝑛1 𝑆𝐴′ 𝐴′ 𝐵′ 𝑆𝐴′ 𝐴′ 𝐵′ 𝑆𝐴′ 𝛾= = 𝛾= = 𝛾= =− 𝐴𝐵 𝑛2 𝑆𝐴 𝐴𝐵 𝑆𝐴 𝐴𝐵 𝑆𝐴 𝑛2 1 1 𝑆𝐹′ = 𝑆𝐶 × 𝑂𝐹′ = 𝑆𝐹′ = 𝑆𝐶 𝑛2 − 𝑛1 𝑉 2 1 𝑛1 1 𝑆𝐹 = 𝑆𝐶 𝑆𝐹 = 𝑆𝐶 × 𝑂𝐹 = − 2 𝑛1 − 𝑛2 𝑉 Si V > 0 ⇒ le système est convergent Si γ > 1 ⇒ Image agrandie Si V < 0 ⇒ le système est divergent Si γ > 0 ⇒ Image droite Si γ < 1 ⇒ Image réduite Si V = 0 ⇒ le système est afocal Si γ < 0 ⇒ Image renversée Si γ = 1 ⇒ Taille de l’image = Taille de l’objet