QCM : Optique géométrique et vision — 30 questions

Explication

L’optique est la discipline consacrée à l’étude de la lumière et de ses propriétés. L’acoustique concerne principalement les phénomènes sonores, et non la lumière.

Explication

L’optique géométrique représente la propagation par des rayons, alors que l’optique ondulatoire prend en compte les ondes, leurs interférences et leur diffraction. Le modèle ondulatoire ne se réduit donc pas à une représentation en rayons.

Explication

La fréquence correspond au nombre d’oscillations réalisées par seconde, donc elle vaut ici 500 hertz. La période correspond à la durée d’une oscillation et s’exprime en secondes.

Explication

La relation $T=\frac{1}{f}$ donne $T=\frac{1}{50}=0{,}02\ \mathrm{s}$. Une période de $2\ \mathrm{s}$ correspondrait à une fréquence de $0{,}5\ \mathrm{Hz}$, et non à $50\ \mathrm{Hz}$.

Explication

Le domaine visible s’étend approximativement de 400 à 800 nm. Les longueurs d’onde de l’ordre du millimètre appartiennent à d’autres régions du spectre électromagnétique.

Explication

La lumière blanche résulte de la superposition de toutes les radiations du domaine visible. Une radiation de longueur d’onde unique correspond plutôt à une lumière monochromatique.

Explication

Une source primaire produit et émet directement de la lumière, comme une étoile. La Lune, un mur ou un livre sont visibles parce qu’ils renvoient une lumière reçue.

Explication

La loi de Wien établit qu’une température plus élevée déplace le maximum d’émission vers des longueurs d’onde plus courtes. Elle ne signifie pas que le rayonnement disparaît ni que sa fréquence devient nulle.

Explication

Un rayon lumineux représente le trajet suivi par la lumière entre deux points et se caractérise par une direction ainsi qu’une vitesse de propagation. Il ne décrit pas directement la composition chimique ou la température de la source.

Explication

Un MHTI est homogène, transparent et isotrope : ses propriétés sont identiques dans toutes les directions et il n’absorbe pas la lumière. Un milieu qui absorbe ou bloque le rayonnement ne satisfait pas cette définition.

Explication

Avec $n=\frac{c}{v}$, on obtient $n=\frac{3{,}0\times10^8}{2{,}0\times10^8}=1{,}5$. La valeur $0{,}67$ correspondrait à l’inversion du rapport, ce qui ne définit pas l’indice de réfraction.

Explication

Lors d’un changement de milieu, la fréquence reste fixée par la source, tandis que la longueur d’onde devient $\lambda=\frac{\lambda_0}{n}$. La vitesse et l’indice dépendent du milieu traversé.

Explication

La loi de Snell-Descartes relie les indices aux sinus des angles mesurés par rapport à la normale. La relation utilisant les cosinus ne décrit pas cette loi de réfraction.

Explication

La réfraction désigne la transmission de la lumière dans le second milieu avec changement possible de direction. La réflexion conserve le rayon lumineux dans le premier milieu.

Explication

Un rayon entrant dans un milieu plus réfringent se rapproche de la normale, conformément à la loi de Snell-Descartes. L’éloignement de la normale concerne le passage vers un milieu moins réfringent.

Explication

La réflexion totale peut apparaître lorsque la lumière passe vers un milieu moins réfringent et que l’angle d’incidence dépasse $i_{1m}=\arcsin\left(\frac{n_2}{n_1}\right)$. Une incidence normale ne provoque pas cette condition angulaire.

Explication

Une lentille mince est limitée par deux dioptres sphériques de même axe et son épaisseur est faible devant les rayons de courbure. Une plaque à faces parallèles ne possède pas cette géométrie optique.

Explication

Une lentille divergente transforme un faisceau parallèle en faisceau émergent divergent. Le rassemblement des rayons derrière la lentille caractérise une lentille convergente.

Explication

Un objet virtuel est associé à un faisceau incident convergent dont les rayons se dirigent vers le point objet. Un faisceau divergent correspond à un objet réel.

Explication

Une image réelle est formée par la convergence effective des rayons émergents. Une image virtuelle correspond à un faisceau émergent divergent dont les prolongements se rencontrent.

Explication

Le foyer objet est défini par la situation où un objet placé en $F$ donne une image à l’infini. L’image d’un objet situé à l’infini correspond au foyer image $F'$.

Explication

Le foyer image est le point où se forme l’image d’un objet placé à l’infini sur l’axe optique. Le point donnant une image à l’infini est le foyer objet.

Explication

Pour une lentille convergente, les deux foyers sont réels : le foyer objet est dans l’espace objet et le foyer image dans l’espace image. L’inversion de ces espaces concerne la position virtuelle des foyers d’une lentille divergente.

Explication

La vergence se calcule par $V=\frac{1}{f'}$, avec $f'$ exprimée en mètres, donc $V=\frac{1}{0{,}20}=5\,\text{dioptries}$. Le signe négatif ne convient pas à une distance focale image positive.

Explication

L’iris fonctionne comme un diaphragme et ajuste l’entrée de lumière dans l’œil. La rétine reçoit l’image, tandis que le cristallin assure la convergence des rayons lumineux.

Explication

La différence d’indice entre l’air, d’indice 1, et la cornée, d’indice 1,38, provoque une forte réfraction. La réfraction est plus faible entre l’humeur aqueuse, d’indice 1,34, et le cristallin, d’indice 1,41.

Explication

Les cônes assurent principalement la vision diurne et présentent trois types sensibles entre 400 et 700 nm, tandis que les bâtonnets participent à la vision nocturne. La régulation de la lumière relève de l’iris, et non des photorécepteurs.

Explication

L’accommodation modifie la vergence du cristallin afin que l’image de l’objet se forme sur la rétine. La rétine reste l’écran où l’image doit être reçue, tandis que l’ouverture de la pupille dépend de l’iris.

Explication

Pour observer un objet proche, l’œil augmente la vergence du cristallin, ce qui rapproche le foyer image F’ de 0. À l’infini, l’œil est au repos, ce qui correspond à une situation différente.

Explication

Pour un œil au repos, un objet à l’infini donne naturellement une image sur la rétine, avec une distance cristallin-rétine normale et une vergence de 62,5 dioptries. Une image devant ou derrière la rétine ne décrit pas cette situation de référence.