La dispersion de la lumière et les lentilles convergentes

Quand tu fais passer de la lumière blanche à travers un prisme, elle se sépare en toutes les couleurs de l'arc-en-ciel ! C'est ce qu'on appelle la dispersion. Le prisme fait subir deux réfractions successives au rayon lumineux, et comme chaque couleur a une longueur d'onde différente, elles sont déviées différemment.

Les lentilles convergentes sont plus épaisses au centre que sur les bords. Elles ont des propriétés super utiles : leur centre optique O, leur axe optique, et surtout leur foyer image F' où convergent tous les rayons parallèles à l'axe.

Le grandissement y = A'B'/AB te dit si l'image est plus grande (y > 1) ou plus petite (y < 1) que l'objet. Pour construire une image, tu traces trois rayons particuliers : celui parallèle à l'axe qui passe par F', celui qui traverse le centre O sans dévier, et celui qui passe par F et ressort parallèle.

💡 Astuce : L'image formée par une lentille convergente est toujours renversée sur l'écran !

Le fonctionnement de l'œil

Ton œil fonctionne exactement comme une lentille convergente ! Dans le modèle de l'œil réduit, le cristallin joue le rôle de la lentille et la rétine celui de l'écran.

Quand tu regardes au loin, ton œil est au repos et l'image se forme naturellement sur la rétine. Mais pour voir net de près, ton œil doit accommoder : le cristallin se déforme pour devenir plus convergent et ramener l'image sur la rétine.

Les propriétés de la lumière et les spectres

La lumière se propage toujours en ligne droite à une vitesse de 3,0 × 10⁸ m/s dans le vide ou l'air. Dans l'eau, elle ralentit à 2,25 × 10⁸ m/s !

Chaque couleur correspond à une longueur d'onde λ mesurée en nanomètres. Tu peux décomposer n'importe quelle lumière avec un prisme ou un réseau pour obtenir son spectre. Les corps chauds comme le Soleil émettent un spectre continu, tandis que les gaz sous faible pression donnent un spectre de raies discontinu.

Une lumière monochromatique n'a qu'une seule couleur, alors qu'une lumière polychromatique en contient plusieurs (comme la lumière blanche).

💡 À retenir : Plus un corps est chaud, plus son spectre s'étend vers les violet (courtes longueurs d'onde) !

Les lois de Snell-Descartes et la réfraction

Quand la lumière change de milieu, elle peut changer de direction : c'est la réfraction ! Une partie est réfractée et l'autre réfléchie. Les lois de Snell-Descartes gouvernent ces phénomènes.

L'angle d'incidence égale l'angle réfléchi : i₁ = i₁'. Pour la réfraction : n₁ × sin i₁ = n₂ × sin i₂, où n₁ et n₂ sont les indices de réfraction des deux milieux.

Cas spécial : lors du passage d'un milieu d'indice fort vers un milieu d'indice faible, tu peux avoir une réflexion totale. C'est le principe des fibres optiques qui transportent la lumière sur de longues distances !