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8d3ef187
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8d3ef187
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Oct 29, 2023
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Claude Meny
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...cs/60.optical-systems/10.thick-lens/30.beyond/annex.fr.md
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-69
No files found.
12.temporary_ins/65.geometrical-optics/60.optical-systems/10.thick-lens/30.beyond/annex.fr.md
View file @
8d3ef187
...
@@ -189,10 +189,12 @@ visible: false
...
@@ -189,10 +189,12 @@ visible: false
!
!
! * _La durée de découverte est le temps estimé pour préparer ce défi, en absence_
! * _La durée de découverte est le temps estimé pour préparer ce défi, en absence_
! _d'entraînement. Cette durée est juste une indication. Prends autant de temps que_
! _d'entraînement. Cette durée est juste une indication. Prends autant de temps que_
! _nécessaire. Le temps de s'interroger sereinement sur la façon de traiter le problème,_
! _nécessaire. <br>
! _sur la méthode de résolution et sa validité, sur quelques approximations possibles_
!
! _si elles peuvent se justifier, et le temps qu'il faut pour vérifier les équations_
! Le temps de s'interroger sereinement sur la façon de traiter le problème,_
! _si vous ne les avez pas préalablement mémorisées et pour effectuer le calcul, sont importants._
! _sur la méthode de résolution et sa validité, sur les approximations possibles_
! _si elles se justifient, le temps qu'il faut pour vérifier les équations_
! _si tu ne les as pas préalablement mémorisées et le temps pour effectuer le calcul, sont importants._
!
!
! <details markdown=1>
! <details markdown=1>
! <summary>
! <summary>
...
@@ -215,7 +217,7 @@ visible: false
...
@@ -215,7 +217,7 @@ visible: false
!
!
! _En absence de critères plus précis, comme la taille du pixel d'un capteur matriciel photosensible_
! _En absence de critères plus précis, comme la taille du pixel d'un capteur matriciel photosensible_
! _qui enregistrerait une image réalisée dans son plan, on considère comme ordre de grandeur, que_
! _qui enregistrerait une image réalisée dans son plan, on considère comme ordre de grandeur, que_
! _des angles $`
\a
lpha
`$ d'incidence et de réfraction
inférieurs à $`
\a
lpha
\l
e 10°
`$ permettent_
! _des angles $`
\a
lpha
`$ d'incidence et de réfraction
limités à $`
10
\;
(
\a
lpha
\l
e 10°)
`$ permettent_
! _d'utiliser sereinement les conditions de Gauss pour réaliser la prévision._
! _d'utiliser sereinement les conditions de Gauss pour réaliser la prévision._
! </details>
! </details>
! <!--question 2-->
! <!--question 2-->
...
@@ -241,65 +243,67 @@ visible: false
...
@@ -241,65 +243,67 @@ visible: false
! Cette image devient objet pour le second dioptre sphérique $`
DS_2
`$ rencontré par la lumière, ce
! Cette image devient objet pour le second dioptre sphérique $`
DS_2
`$ rencontré par la lumière, ce
! qui me permet de calculer la taille, la position et le sens de l'image finale qui sera observée par l'oeil.
! qui me permet de calculer la taille, la position et le sens de l'image finale qui sera observée par l'oeil.
!
!
! *
For a spherical refracting surface, general equations are
:<br><br>
! *
Pour un dioptre sphérique, les équations générales sont
:<br><br>
! $`
\d
frac{n_{fin}}{
\o
verline{SA_{ima}}}-
\d
frac{n_{ini}}{
\o
verline{SA_{obj}}}=
\d
frac{n_{fin}-n_{ini}}{
\o
verline{SC}}
`$
! $`
\d
frac{n_{fin}}{
\o
verline{SA_{ima}}}-
\d
frac{n_{ini}}{
\o
verline{SA_{obj}}}=
\d
frac{n_{fin}-n_{ini}}{
\o
verline{SC}}
`$
!
for the
position.<br>
!
pour la
position.<br>
! $`
\o
verline{M_T}=
\d
frac{n_{ini}
\c
dot
\o
verline{SA_{ima}}}{n_{fin}
\c
dot
\o
verline{SA_{obj}}}
`$
! $`
\o
verline{M_T}=
\d
frac{n_{ini}
\c
dot
\o
verline{SA_{ima}}}{n_{fin}
\c
dot
\o
verline{SA_{obj}}}
`$
!
for the transverse magnification
.
!
pour le grandissement transversal
.
!
!
! </details>
! </details>
! <!--question 4-->
! <!--question 4-->
! <details markdown=1>
! <details markdown=1>
! <summary>
! <summary>
!
How do you set down your calculations
?
!
Comment poser les calculs
?
! </summary>
! </summary>
!
!
! *
The optical axis is the straight line that joins the center C of the lens to my eye,
! *
L'axe optique est la droite qui joint le centre C de la lentille boule à mon oeil
!
positively oriented in the direction of the light propagation for that observation,
!
orientée positivement selon le sens de propagation de la lumière pour cette observation,
! so
from the cathedral to my eye.
! so
it de la cathédrale vers l'oeil.
! *
First spherical refrating surfac
e $`
DS1
`$ : $`
\o
verline{S_1C_1}=+5
\:
cm
`$, $`
n_{ini}=1
`$ (air)
! *
Premier dioptre sphériqu
e $`
DS1
`$ : $`
\o
verline{S_1C_1}=+5
\:
cm
`$, $`
n_{ini}=1
`$ (air)
!
and $`
n_{fin}=1.5
`$ (glass
).<br>
!
et $`
n_{fin}=1.5
`$ (verre
).<br>
! Second
spherical refrating surface $`
DS2
`$ : $`
\o
verline{S_2C_2}=-5
\:
cm
`$, $`
n_{ini}=1.5
`$ (glass
)
! Second
dioptre sphérique $`
DS2
`$ : $`
\o
verline{S_2C_2}=-5
\:
cm
`$, $`
n_{ini}=1.5
`$ (verre
)
!
and
$`
n_{fin}=1
`$ (air)<br>
!
et
$`
n_{fin}=1
`$ (air)<br>
! Distance
between $`
DS1
`$ and $`
DS2
`$ vertices
: $`
\o
verline{S_1S_2}=+10
\:
cm
`$<br>
! Distance
entre les sommets des dioptres $`
DS1
`$ and $`
DS2
`$
: $`
\o
verline{S_1S_2}=+10
\:
cm
`$<br>
! Obje
ct cathedral $`
AB
`$ : $`
\o
verline{AB}=90
\;
m
`$ and
$`
\o
verline{S_1A}=-400
\;
m
`$<br>
! Obje
t cathédrale $`
AB
`$ : $`
\o
verline{AB}=90
\;
m
`$ et
$`
\o
verline{S_1A}=-400
\;
m
`$<br>
!
Let us write $`
\o
verline{A_1B_1}
`$ the intermediate image (the image of the cathedral
!
J'appelle $`
\o
verline{A_1B_1}
`$ l'image intermédiaire (l'image de l'objet cathédrale
!
given by
$`
DS1
`$.
!
donnée par
$`
DS1
`$.
!
!
! *
Specific equations for $`
DS1
`$ are
:<br><br>
! *
Les équations spécifiques pour $`
DS1
`$ sont
:<br><br>
! $`
\d
frac{1.5}{
\o
verline{S_1A_1}}-
\d
frac{1}{
\o
verline{S_1A}}=
\d
frac{0.5}{
\o
verline{S_1C_1}}
`$ (équ. DS1a),
! $`
\d
frac{1.5}{
\o
verline{S_1A_1}}-
\d
frac{1}{
\o
verline{S_1A}}=
\d
frac{0.5}{
\o
verline{S_1C_1}}
`$ (équ. DS1a),
!
and $`
\o
verline{M_T
}=
\d
frac{
\o
verline{S_1A_1}}{1.5
\c
dot
\o
verline{S_1A}}
`$ (équ. DS1b)<br><br>
!
et $`
\o
verline{
\g
amma_{trans
}=
\d
frac{
\o
verline{S_1A_1}}{1.5
\c
dot
\o
verline{S_1A}}
`$ (équ. DS1b)<br><br>
!
Specific equations for $`
DS2
`$ are
:<br><br>
!
Les équations spécifiques pour $`
DS2
`$ sont
:<br><br>
! $`
\d
frac{1}{
\o
verline{S_2A'}}-
\d
frac{1.5}{
\o
verline{S_2A_1}}=-
\d
frac{0.5}{
\o
verline{S_2C_2}}
`$ (équ. DS2a),
and
! $`
\d
frac{1}{
\o
verline{S_2A'}}-
\d
frac{1.5}{
\o
verline{S_2A_1}}=-
\d
frac{0.5}{
\o
verline{S_2C_2}}
`$ (équ. DS2a),
et
! $`
\o
verline{
M_T
}=
\d
frac{1.5
\c
dot
\o
verline{S_2A'}}{
\o
verline{S_2A_1}}
`$ (équ. DS2b)<br><br>
! $`
\o
verline{
\g
amma_{trans}
}=
\d
frac{1.5
\c
dot
\o
verline{S_2A'}}{
\o
verline{S_2A_1}}
`$ (équ. DS2b)<br><br>
!
The missing link between these two sets of equations is
:<br>
!
Le liens entre ces deux équations est
:<br>
! $`
\o
verline{S_2A_1}=
\o
verline{S_2S_1}+
\o
verline{S_1A_1}=
\o
verline{S_1A_1}-
\o
verline{S_1S_2}
`$.
! $`
\o
verline{S_2A_1}=
\o
verline{S_2S_1}+
\o
verline{S_1A_1}=
\o
verline{S_1A_1}-
\o
verline{S_1S_2}
`$.
!
!
! </details>
! </details>
! <!--question 5-->
! <!--question 5-->
! <details markdown=1>
! <details markdown=1>
! <summary>
! <summary>
!
Do you see some approximation that can be done
?
!
Vois-tu une approximation possible qui serait facile à justifier
?
! </summary>
! </summary>
! * In the visible range, refractive index values of transparent material are in the range [1 ; 2],
! * Dans le domaine visible, les valeurs de l'indice de réfraction du matériau transparent
! then the focal lengthes of a spherical refractive surface (object as well as image) are
! sont comprises dans l'intervalle [1 ; 2].
! expected to remain in the same order of magnitude than the radius of curvature,
! En conséquence les distances focales objet et images d'une surface réfractive sphérique
! so a few centimeters in this case (we talk in absolute value here).
! doivent rester du même ordre de grandeur que le rayon de courbure,
!
! soit quelques centimètres dans ce cas (nous parlons ici en valeur absolue).
! * We can if we want just check this fact for $`
DS1
`$ ($`
|S_1C_1|=5
\;
cm
`$) using équation DS1 :<br>
!
! \- considering $`
\o
verline{S_1A_1}
\l
ongrightarrow
\i
nfty
`$ to obtain the object focal length
! * Je peux vérifier ce fait pour $`
DS1
`$ ($`
|S_1C_1|=5
\;
cm
`$) en utilisant l'équation DS2a :<br>
! $`
\o
verline{S_1F_1}
`$} we get :<br>
! \- considérant $`
\o
verline{S_1A_1}
\l
ongrightarrow
\i
nfty
`$ pour obtenir la distance focale objet
! $`
\o
verline{S_1F_1}
`$}, j'obtiens :<br>
! $`
-
\d
frac{1}{
\o
verline{S_1F_1}}=
\d
frac{0.5}{
\o
verline{S_1C_1}}
`$
! $`
-
\d
frac{1}{
\o
verline{S_1F_1}}=
\d
frac{0.5}{
\o
verline{S_1C_1}}
`$
! $`
\L
ongrightarrow=
\o
verline{S_1F_1}=-10
\;
cm
`$<br><br>
! $`
\L
ongrightarrow=
\o
verline{S_1F_1}=-10
\;
cm
`$<br><br>
! \- consid
ering $`
\o
verline{S_1A}
\l
ongrightarrow
\i
nfty
`$ to obtain the image focal length
! \- consid
érant $`
\o
verline{S_1A}
\l
ongrightarrow
\i
nfty
`$ pour obtenir la distance focale image
! $`
\o
verline{S_1F'_1}
`$
we get
:<br>
! $`
\o
verline{S_1F'_1}
`$
, j'obtiens
:<br>
! $`
\d
frac{1.5}{
\o
verline{S_1F'_1}}=
\d
frac{0.5}{
\o
verline{S_1C_1}}
\L
ongrightarrow
\o
verline{S_1F'_1}=+15
\;
cm
`$
! $`
\d
frac{1.5}{
\o
verline{S_1F'_1}}=
\d
frac{0.5}{
\o
verline{S_1C_1}}
\L
ongrightarrow
\o
verline{S_1F'_1}=+15
\;
cm
`$
!
!
! * The distance of the cathedral from the lensball $`
|
\o
verline{S_1A}|=90
\;
m
`$ is huge
! * La distance entre la cathédrale et la lentille boule $`
|
\o
verline{S_1A}|=90
\;
m
`$ est
! compared to the object focal length $`
|
\o
verline{S_1F_1}|=10
\;
cm
`$, we can consider
! très grande devant la distance focal objet $`
|
\o
verline{S_1F_1}|=10
\;
cm
`$. Je peux considérer
! that the cathedral is at infinity from the lensball and so the image $`
\o
verline{A_1B_1}
`$
! la cathédrale comme un objet "à l'infini" de la lentille-boule, et donc que l'image
! of the cathedral stands quasi in the image focal plane of $`
DS1
`$ :
! $`
\o
verline{A_1B_1}
`$ de la cathédrale est réalisée quasiment dans le plan focal image de $`
DS1
`$ :
! $`
\o
verline {S_1A_1}=
\o
verline {S_1F'_1}=+15cm
`$. So we can directly use equation DS2a with :<br>
! $`
\o
verline {S_1A_1}=
\o
verline {S_1F'_1}=+15cm
`$.<br>
! Donc je peux utiliser directement l'équation DS2a en considérant que :<br>
! $`
\o
verline{S_2A_1}=
\o
verline{S_2F'_1}=
\o
verline{S_2S_1}+
\o
verline{S_1F'_1}
`$
! $`
\o
verline{S_2A_1}=
\o
verline{S_2F'_1}=
\o
verline{S_2S_1}+
\o
verline{S_1F'_1}
`$
! $`
=
\o
verline{S_1F'_1}-
\o
verline{S_1S_2}=+15-10=+5
\;
cm
`$..
! $`
=
\o
verline{S_1F'_1}-
\o
verline{S_1S_2}=+15-10=+5
\;
cm
`$..
!
!
...
@@ -309,43 +313,42 @@ visible: false
...
@@ -309,43 +313,42 @@ visible: false
! Where is the image and how tall it is ?
! Where is the image and how tall it is ?
! </summary>
! </summary>
!
!
! *
To perform calculation, you must choose a unic lenght unit in your calculation
,
! *
Pour réaliser les calculs, je dois choisir une unité de mesure adaptée
,
!
here $`
cm
`$ or $`
m
`$. We choose $`
m
`$ below
.
!
ici $`
cm
`$ ou $`
m
`$. Je choisis d'utiliser le mètre
.
! *
Equation DS1a giv
es :<br>
! *
L'équation DS1a donn
es :<br>
! $`
\d
frac{1.5}{
\o
verline{S_1A_1}}-
\d
frac{1}{-400}=
\d
frac{0.5}{0.05}
`$ $`
\L
ongrightarrow
\o
verline{S_1A_1}=0.15
\;
m
`$<br>
! $`
\d
frac{1.5}{
\o
verline{S_1A_1}}-
\d
frac{1}{-400}=
\d
frac{0.5}{0.05}
`$ $`
\L
ongrightarrow
\o
verline{S_1A_1}=0.15
\;
m
`$<br>
!
With more than 2 significant figures, your calculator would tell you $`
0.150037
`$,
!
En affichant le résultat avec plus de deux chiffres significatifs, la calculatrice donne $`
0.150037
`$, ce qui
!
which nearly exactly the value of $`
\o
verline{S_1F'_1}=+0.15
\;
m
`$, so the approximation
!
est très proche de la valeur $`
\o
verline{S_1F'_1}=+0.15
\;
m
`$. Cela montre que l'approximation
! $`
\o
verline{S_1A_1}=
\o
verline{S_1F'_1}
`$
you could have done is fully justified
.
! $`
\o
verline{S_1A_1}=
\o
verline{S_1F'_1}
`$
que j'aurais pu faire est pleinement justifiée
.
!
!
! *
Equation DS2a gives
:<br>
! *
L'équation DS2a donne
:<br>
! $`
\d
frac{1}{
\o
verline{S_2A'}}-
\d
frac{1.5}{-0.1+0.15}=
\d
frac{-0.5}{-0.05}
`$
! $`
\d
frac{1}{
\o
verline{S_2A'}}-
\d
frac{1.5}{-0.1+0.15}=
\d
frac{-0.5}{-0.05}
`$
! $`
\L
ongrightarrow
\o
verline{S_2A'}=0.025
\;
m
`$
! $`
\L
ongrightarrow
\o
verline{S_2A'}=0.025
\;
m
`$
!
!
! * The final image is real, and stands 2.5 cm in front of the lensball in the side
! * L'image finale est réelle, et se positionne à 2,5cm de la lentille, entre la lentille-boule et mes yeux.
! of your eye. Do not bring your eye or camera too close of the lensball \!
!
!
! *
The size of an image (transversally to the optical axis) is given by the transverse
! *
La taille d'une image (transversalement à l'axe optique) est donnée par le grandissement
!
magnification $`
M_T
`$. By Definition $`
M_T
`$ is the ratio of the algebraic size of
!
transversal $`
\g
amma_{trans}}
`$. Par définition $`
\g
amma_{trans}}
`$ est le rapport de la taille
!
the final image $`
\o
verline{A'B'}
`$ to the algebraic size of the initial object $`
\o
verline{AB}
`$
.
!
de l'image finale $`
\o
verline{A'B'}
`$ à la taille de l'objet $`
\o
verline{AB}
`$, tailles exprimées en notation algébrique
.
!
With an intermediate image, it can be break down
:<br><br>
!
En considérant l'image intermédiaire, je peux écrire
:<br><br>
! $`
M_T
=
\d
frac{
\o
verline{A'B'}}{
\o
verline{AB}}
`$
! $`
\g
amma_{trans}}
=
\d
frac{
\o
verline{A'B'}}{
\o
verline{AB}}
`$
! $`
=
\d
frac{
\o
verline{A'B'}}{
\o
verline{A_1B_1}}
\t
imes
\d
frac{A_1B_1}{
\o
verline{AB}}
`$<br><br>
! $`
=
\d
frac{
\o
verline{A'B'}}{
\o
verline{A_1B_1}}
\t
imes
\d
frac{A_1B_1}{
\o
verline{AB}}
`$<br><br>
!
It is the product of the transverse magnifications of the cathedral introduced
!
C'est le produit des deux grandissements transversals de la cathédrale donnés
!
by the two spherical refracting surfaces of the lensball.
<br><br>
!
par les deux dioptres sphériques constituant la lentille-boule. En effet :
<br><br>
! $`
\o
verline{
M_T}
`$ introduced by $`
DS1
`$ is
! $`
\o
verline{
\g
amma_{trans}}}
`$ dû à $`
DS1
`$ est
! $`
\o
verline{
M_T
}=
\d
frac{
\o
verline{S_1A_1}}{1.5
\c
dot
\o
verline{S_1A}}
`$
! $`
\o
verline{
\g
amma_{trans}}
}=
\d
frac{
\o
verline{S_1A_1}}{1.5
\c
dot
\o
verline{S_1A}}
`$
! $`
=
\d
frac{+0.15}{1.5
\t
imes(-400)}=-0.00025
`$<br><br>
! $`
=
\d
frac{+0.15}{1.5
\t
imes(-400)}=-0.00025
`$<br><br>
! $`
\o
verline{
M_T}
`$ introduced by $`
DS2
`$ is
! $`
\o
verline{
\g
amma_{trans}}}
`$ dû à $`
DS2
`$ est
! $`
\o
verline{
M_T
}=
\d
frac{1.5
\c
dot
\o
verline{S_2A'}}{
\o
verline{S_2A_1}}
`$
! $`
\o
verline{
\g
amma_{trans}}
}=
\d
frac{1.5
\c
dot
\o
verline{S_2A'}}{
\o
verline{S_2A_1}}
`$
! $`
=
\d
frac{1.5
\c
dot
\o
verline{S_2A'}}{
\o
verline{S_1A_1}-
\o
verline{S_1S_2}}
`$
! $`
=
\d
frac{1.5
\c
dot
\o
verline{S_2A'}}{
\o
verline{S_1A_1}-
\o
verline{S_1S_2}}
`$
! $`
=
\d
frac{1.5
\c
dot0.025}{+0.15-0.10} =0.75
`$<br><br>
! $`
=
\d
frac{1.5
\c
dot0.025}{+0.15-0.10} =0.75
`$<br><br>
!
So $`
\o
verline{M_T}
`$ introduced by the lensball is
:<br><br>
!
Donc $`
\o
verline{
\g
amma_{trans}}}
`$ réalisé par la lentille-boule est
:<br><br>
! $`
\o
verline{
M_T
}=-0.00025
\t
imes0.75
`$ $`
=-0.00019
\a
pprox-1.9
\c
dot10^{-4}
`$<br><br>
! $`
\o
verline{
\g
amma_{trans}}
}=-0.00025
\t
imes0.75
`$ $`
=-0.00019
\a
pprox-1.9
\c
dot10^{-4}
`$<br><br>
!
The image is $`
\d
frac{1}{-1.9
\c
dot10^{-4}}
\a
pprox5300
`$ smaller than the cathedral
.<br><br>
!
L'image finale est $`
\d
frac{1}{-1.9
\c
dot10^{-4}}
\a
pprox5300
`$ plus petite que l'objet cathédrale
.<br><br>
! $`
M_T
=
\d
frac{
\o
verline{A'B'}}{
\o
verline{AB}}
\a
pprox8
\c
dot10^{-4}
`$
! $`
\g
amma_{trans}}
=
\d
frac{
\o
verline{A'B'}}{
\o
verline{AB}}
\a
pprox8
\c
dot10^{-4}
`$
! $`
\L
ongrightarrow
\o
verline{A'B'}=
\o
verline{AB}
\t
imes
M_T
`$
! $`
\L
ongrightarrow
\o
verline{A'B'}=
\o
verline{AB}
\t
imes
\g
amma_{trans}}
`$
! $`
=1.9
\c
dot10^{-4}
\t
imes 90
\;
m=-0.017
\;
m
`$<br><br>
! $`
=1.9
\c
dot10^{-4}
\t
imes 90
\;
m=-0.017
\;
m
`$<br><br>
!
The image is 1.7 cm height and it is reversed
.
!
L'image a une hauteur de 1.7 cm et elle est inversée
.
!</details>
!</details>
!
!
!<!--question 7-->
!<!--question 7-->
...
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