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Cours de physique-chimie tous niveaux

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Optique 1 : cours

Ces cours ont été préparés dans le cadre d'un enseignement en cycle préparatoire intégré.
Les élèves qui ont suivis ce cours sont destinés à faire de la chimie, le programme par rapport à la prépa classique est donc allégé.

Merci à Jimmy Roussel qui m'a permis d'utiliser ces images d'optiques, entre autres.

Licence Creative Commons
Ces documents sont mis à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0)

Chapitre 1 : lois de l'optique géométrique

Ce chapitre est l'occasion de faire un petit historique des découverte scientifique sur la lumière : l'idée est de présenter les acteurs qui ont permis les plus grandes découvertes concernant la lumière.
On s'intéresse ensuite aux propriétés fondamentales de la lumière : nature, fréquence, vitesse ... puis on définit la notion d'indice de réfraction d'un milieu et la notion de milieu dispersif. On introduit alors la notion de longueur d'onde d'une radiation dans un milieu et la loi de Cauchy qui donne la variation de l'indice d'un milieu en fonction de la longueur d'onde.
Il est alors question d'optique géométrique à proprement parlé en présentant le modèle du rayon lumineux et toutes les lois de l'optique géométrique : propagation en ligne droite (principe du moindre temps), retour inverse de la lumière, indépendance des rayons, lois de Snell-Descartes.
La fin du chapitre présente alors quelques phénomène particulier : réflexion totale, réfraéction limite, mirages ...

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Chapitre 2 : généralités sur les systèmes optiques, miroirs

Dans ce chapitre, on présente la façon dont on modélise un système optique et on définit ses points particuliers comme les foyers objet et image.
On aborde ensuite le miroir plan qui est le seul système rigoureusement stigmatique et aplanétique : on définit donc ces deux notions. Puis on expose la méthode de construction de l'image d'un point objet par un miroir plan.
La fin et plus grande partie de ce cours est consacrée aux miroirs sphériques : on les définit ainsi que leurs points particuliers, on démontre les formules de grandissement et conjugaison avec origines en différents points.
Le chapitre se termine par les constructions d'images dans tout cas : miroir concave ou convexe, objet réel ou virtuel ; ainsi que la construction de l'émergent correspondant à un incident donné.

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Chapitre 3 : lentilles minces

Dans ce cours classique sur les lentilles, après avoir défini la notion de lentilles minces sphériques, on s'intéresse aux points particuliers de celles-ci : centre optique et foyers.
On montre alors ce que devient un faisceau parallèle qui arrive sur une lentille convergente ou divergente, ce qu'il advient d'un faiceau qui provient du foyer objet ...
Le chapitre devient ensuite plus mathématique avec les relations de conjugaison et de grandissement, d'abord de Newton, puis de Descartes.
On aborde ensuite les constructions, elles sont réalisées pour les deux types de lentilles et dans tous les cas possibles. On montre aussi comment tracé le rayon émergent correspondant à un incident donné.
Enfin, ce chapitre termine par l'évocation de quelques aberrations optiques qui affectent les lentilles.

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Chapitre 4 : Quelques instruments d'optique

Dans ce chapitre, nous avons pris le parti de ne pas aborder tous les instruments classiques, mais plutôt de se concentrer sur des choses simples. Ainsi, après avoir parler de l'oeil, on aborde le plus des instruments à lentilles : la loupe. Cela permet de définir le grossissement d'un instrument.

L'idée est d'ensuite s'intéresser à l'appareil photo réflex et son lien avec l'optique : avec des constructions simples, on peut expliquer les notions de champ d'un appareil, de mise au point, de profondeur de champ ...

Les autres appareils classiques (lunettes ...) sont traités en TD.

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