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Optique : Formules et Lois Essentielles pour le Bac

Récapitulatif des formules et lois fondamentales en optique, indispensables pour la réussite de l'épreuve de Physique-Chimie au Baccalauréat. Comprend des exemples et des explications détaillées.

Indice de Réfraction et Loi de Snell-Descartes

L'indice de réfraction (n) d'un milieu est une mesure de la vitesse de la lumière dans ce milieu, par rapport à sa vitesse dans le vide (c). La loi de Snell-Descartes décrit la réfraction de la lumière lors du passage entre deux milieux différents. Formules clés:

  • Indice de réfraction: n = c / v (où c est la vitesse de la lumière dans le vide, et v est la vitesse de la lumière dans le milieu)
  • Loi de Snell-Descartes: n1 * sin(θ1) = n2 * sin(θ2) (où n1 et n2 sont les indices de réfraction des deux milieux, et θ1 et θ2 sont les angles d'incidence et de réfraction par rapport à la normale à la surface)
Exemple: La lumière passe de l'air (n ≈ 1) à l'eau (n ≈ 1.33) avec un angle d'incidence de 30°. On peut calculer l'angle de réfraction en utilisant la loi de Snell-Descartes.

Lentilles Minces

Les lentilles minces sont des éléments optiques qui réfractent la lumière de manière à former une image. On distingue les lentilles convergentes et les lentilles divergentes. Formules clés:

  • Formule de conjugaison des lentilles minces (relation de Descartes): 1/f' = 1/OA' - 1/OA (ou 1/OA' = 1/f' + 1/OA) (où f' est la distance focale, OA est la distance entre l'objet et la lentille, et OA' est la distance entre l'image et la lentille)
  • Grandissement: γ = A'B' / AB = OA' / OA (où AB est la taille de l'objet, et A'B' est la taille de l'image)
Conventions de signes:
  • OA est positif si l'objet est réel (situé avant la lentille).
  • OA' est positif si l'image est réelle (située après la lentille pour une lentille convergente, avant pour une divergente).
  • f' est positif pour une lentille convergente, négatif pour une lentille divergente.
Exemple: Un objet est placé à 20 cm d'une lentille convergente de distance focale 10 cm. On peut calculer la position et la taille de l'image en utilisant les formules ci-dessus.

Interférences

Les interférences se produisent lorsque deux ou plusieurs ondes lumineuses se superposent. L'amplitude de l'onde résultante dépend de la différence de phase entre les ondes initiales. Formules clés:

  • Différence de marche: δ = n2d2 - n1d1 (où n1 et n2 sont les indices de réfraction des milieux, et d1 et d2 sont les distances parcourues par les ondes dans ces milieux)
  • Interférences constructives: δ = kλ (où k est un entier et λ est la longueur d'onde)
  • Interférences destructives: δ = (k + 1/2)λ
Exemple: Les franges d'interférence observées dans l'expérience des fentes de Young.

Ce qu'il faut retenir

  • Indice de réfraction: n = c / v
  • Loi de Snell-Descartes: n1 * sin(θ1) = n2 * sin(θ2)
  • Formule de conjugaison des lentilles minces: 1/f' = 1/OA' - 1/OA
  • Grandissement: γ = A'B' / AB = OA' / OA
  • Interférences constructives: δ = kλ
  • Interférences destructives: δ = (k + 1/2)λ
  • Connaître les conventions de signes pour les lentilles.
  • Comprendre le phénomène de diffraction.

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FAQ

  • Qu'est-ce que la diffraction ?

    La diffraction est le phénomène par lequel une onde (lumineuse, sonore, etc.) est déviée lorsqu'elle rencontre un obstacle ou une ouverture dont les dimensions sont comparables à sa longueur d'onde. Elle explique pourquoi la lumière peut se propager "autour" des objets.
  • Quelle est la différence entre une lentille convergente et une lentille divergente ?

    Une lentille convergente fait converger les rayons lumineux parallèles vers un point focal. Elle est plus épaisse au centre qu'aux bords. Une lentille divergente fait diverger les rayons lumineux parallèles. Elle est plus mince au centre qu'aux bords.