- Optique Géométrique- Mécanique du Point

MatérielH. EL MAMOUNI

Responsable de l’UE Physique Générale

Responsable des TPs d’Optique et de TTT

Bât. Paul Dirac, 1er étage

mamou@in2p3.fr

L1UE Physique

Générale

Année 2007-2008

Attention

- RÉCUPÉRER, LE PLUS TÔT POSSIBLE, LES FASCICULES DE TD ET DE TP AUPRÈS DE MME

DEFOUR, BUREAU 125, 1ER ÉTAGE DU BAT OMEGA ET CE LE MARDI, MERCREDI MATIN ET

JEUDI

- DE CONSULTER LE PLANNING DES TPS SUR LES TABLEAUX D'AFFICHAGE SITUES AU MEME

ETAGE.

- QUE L'ASSIDUITÉ EST NÉCESSAIRE POUR LA CONVOCATION AUX EXAMENS DE TP

- QUE L'ABSENCE NON JUSTIFIÉE A L'EXAMEN DE TP ENTRAINE LE STATUS DEFAILLANT

=15% de la note finale

13 Chapitres

1. Historique

2. La lumière

3. lois de la réflexion et de la réfraction

4. Objets et Images

5. Propriétés des systèmes optiques

6. Dioptres sphériques

7. Miroirs sphérique

8. Lentilles minces

9. Systèmes épais

10. L’œil

11. Lunettes et télescopes

12. Objectif Photographique

13. Le microscope

De l’ordre de 6 séances …

Exemple d’examen écrit

Chapitre 1 : Historique

1.1 L’Antiquité

Les théories archaïques font la confusion entre la vision et l’éclairement:

Le feu externe la lumière parvient à l’œil grâce au phénomène de propagation d’atomes émis par les objets lumineux et parvenant à l’ œil.

Le feu visuel l’œil est le siège d’une émission de particules permettant la vision par détection des objets.

Euclide siècle III av. JC (âge d’or des math grecs)

Ptolémée 100-170 ap. JC (Aléxandrie, Egypte)

La loi de la réflexion est établie (l’angle d’incidence est égal à l’angle de réflexion) et la réfraction observée.

1.2 Le Monde Arabe(âge d’or des sciences du IX au XVème)L’approche rigoureuse permet la levée de la confusion entre la vision et l’éclairement ainsi que l’étude des instruments, en particulier de l’œil.

Ibn al-Haytham dit Alhazen (965 – 1039)

1.3 La Renaissance

Le développement des lentilles pour corriger la vue et construire les premiers instruments d’optique permet le développement de l’astronomie.

Galilée (It) construit (perfectionne*) une lunette et découvre les lunes de Jupiter

Kepler (De) expose une loi approchée de la réfraction, passage de la lumière d’un milieu à un autre.

* : celle du hollandais Hans Lipperhey

Kepler (1571-1630)

Nd, 1580-1626

1.4 Ere Moderne

1621 Willebrod Snell, connu après sa mort grâce à Huygens

1637 René Descartes (Fr, 1596 – 1650)

Les lois de réflexion et de la réfraction sont établies

1657 Pierre de Fermat (Fr, 1601 – 1665)

Enoncé d’un principe sur le chemin optique permettant de retrouver les lois de Snell-Descartes (première utilisation d’un principe variationnel appliqué au chemin optique).

Francesco Grimaldi (1618 – 1663)Observation de la diffraction de la lumière

par les bords d’un obstacle

Christian Huygens (Nd, 1629 – 1695)Notions de sources secondaires et surfaces

d’onde

Olaüs Römer (1644 – 1710)Première mesure de la vitesse de la lumière

à partir de l’éclipse des lunes de Jupiter (Hyppolite Fizeau réalisera la première mesure en

laboratoire)

Isaac Newton ( Gb, 1643 – 1727)Synthèse rigoureuse des connaissances:

propagation rectiligne de la lumière, lois de réflexion et réfraction

MAIS: apparition d’un conflit à la fin du XVIIème siècle: la lumière doit-elle être décrite par des ondes ou des « grains de lumière »?

1.5 Description Ondulatoire

Robert Hooke (Gb, 1635-1703) 1665: La lumière est une vibration de haute

fréquence qui se propage.

Thomas Young (Gb,1802: Interférences de deux ondes: lumière + lumière = obscurité

Augustin Fresnel (Fr, 1788-1827)1818: Description de la diffraction. Il décrira

aussi le phénomène de la polarisation de la lumière.

James Clerk Maxwell (Ecosse, 1831-1879)1876: Théorie de l’électromagnétisme: Maxwell

établit le lien entre la lumière et les ondes électromagnétiques. Auparavant, ces deux études

étaient distinctes.

ÉcranFente

1.6 Description corpusculaire

William HertzObservation de l’effet photoélectrique

(arrachage d’e- sous illumination) : le phénomène ne peut être expliqué par les ondes.

Albert Einstein (De-Ch-USA, 1879-1955)1905: explication de l’effet photoélectrique

(Merci Max Planck) en introduisant des grains de lumière (appelés en 1926 photons par Lewis). Obtient le Prix Nobel pour cette découverte.

Niels Bohr (Dk, 1885-1962), prix Nobel de physique en 1922

Modèle de l’atome permettant d’expliquer l’émission et l’absorption des photons par la matière.

1.7 La réconciliation :

en 1924, Louis de Broglie (Fr. 1892 - 1987), introduit la dualité onde-corpuscule : = h/p (Prix Nobel de physique en 1929)

généralisée par la suite en Mécanique Quantique (Heisenberg, Dirac) pour la matière.