conceptions en optique géométrique christian buty christian.buty@univ-lyon2.fr 24 novembre 2005...

Conceptions en optique géométrique

Christian ButyChristian.Buty@univ-lyon2.fr

24 novembre 2005

B3C

Plan de l’exposé

• La lumière issue d’un objet

• La formation de l’image d’un objet à travers un système

• Application à une situation de classe

La lumière issue d’un objet

Le point de vue de la physique :

• un objet lumineux peut être décomposé en points-sources

• de chaque point-source part un faisceau de rayons dans toutes les directions de l’espace

• on voit de la lumière quand elle entre dans notre oeil

La lumière issue d’un objet. Conceptions (1)

• Le bain de lumière : – Nous vivons dans un « bain de lumière », d’origine indistincte,

dont la propagation s’apparente plus à celle d’un fluide qu’à la

propagation rectiligne

• Vision de la lumière :– On peut voir de la lumière de n'importe où, y compris sur le

côté par rapport à sa direction de propagation

La lumière issue d’un objet. Conceptions (2)

• Un objet lumineux produit des rayons parallèles qui voyagent à travers l'espace

• La direction horizontale est privilégiée

• La lumière émise par un objet est une globalité

La formation de l’image

Le point de vue de la physique :

• Sous certaines conditions, tous les rayons issus d’un point-source se rejoignent à la sortie du système optique, en un point qu’on appelle le point-image

• L’ensemble des points-images constitue l’image de l’objet initial

La formation de l’image. Conception de l’image

voyageuse • La lumière-émise-par-

un-objet transporte « l’image » de cet objet : l ’image est observable de

façon délocalisée.

• Cette « image » est une entité quasiment matérielle : elle peut agir avec des

objets matériels.

Conception de l’image voyageuse. Conséquences (1)

• L'image d'un objet à travers un système optique dépend essentiellement de l'objet, et très peu du système optique

• On peut voir une image sur un écran même si on enlève la lentille

• Le rôle de l'écran étant de permettre de voir l'image, il est impossible de voir une image sans surface pour la projeter

Conception de l’image voyageuse. Conséquences (2)

• Un cache placé devant la lentille élimine une partie de l'image

Conception de l’image voyageuse. Conséquences (3)

• Puisque l’image se déplace le long d’un faisceau de lumière, un écran d’observation peut faire apparaître une image où qu'il soit placé, la mise au point n'a pas lieu d'être

• Les images se comportent comme des sources lumineuses isotropes pour l'espace situé après le système optique

Application à la compréhension des déclarations des élèves en classe

• On demande aux élèves de prévoir dans quelles conditions on peut réaliser une photographie acceptable de la constellation d’Orion.

Orion

On leur distribue un matériel (lanterne, lentille) avec lequel modéliser la prise de vue de la constellation. Où doit-on placer l’écran (qui représente la pellicule photo) pour obtenir une photographie acceptable ?

Références pour aller plus loin

• Galili I. (1996). Students' conceptual change in geometrical optics. International Journal of Science Education, vol. 18 n° 7, pp. 847-868.

• Galili I., Hazan A. (2000). Learner’s knowledge in optics : interpretation, structure and analysis. International Journal of Science Education, vol. 22 n° 1, pp. 57-88.