Imagerie par sténopé Guide

Aperçu

Il y a plus de 2000 ans, le "Mo Jing" a enregistré le phénomène de l'imagerie par sténopé. C'est l'expérience la plus intuitive pour révéler que "la lumière se propage en ligne droite". Lorsque la lumière d'un objet passe par un petit trou, elle converge et projette une image réelle inversée (haut-bas et gauche-droite) sur l'écran derrière lui. Cette découverte a non seulement ouvert la porte à l'exploration humaine de l'optique, mais a également servi de précurseur à la conception de l'appareil photo moderne.

Contexte

• À l'époque des Royaumes combattants en Chine (plus de 400 av. J.-C.), le "Mo Jing" détaillait qu'"une image inversée se forme lorsque la lumière passe par un sténopé", ce qui est la plus ancienne trace écrite au monde de l'imagerie par sténopé.
• En 350 av. J.-C., Aristote a observé que la lumière du soleil passant par les interstices entre les feuilles lors d'une éclipse solaire formait des croissants, ce qui l'a amené à réfléchir au problème de la lumière passant par de petits trous.
• Au XIe siècle, le scientifique arabe Ibn al-Haytham a non seulement décrit l'imagerie par sténopé, mais a également expliqué correctement le principe de l'imagerie de l'œil humain pour la première fois, gagnant ainsi le titre de "Père de l'optique".

Concepts clés

Formules et dérivation

Étapes de l'expérience

1. 1

   Observation de l'image

   Observez l'image de la bougie sur l'écran. Notez son orientation : elle est non seulement inversée (haut en bas) mais aussi inversée gauche-droite. Déplacez la bougie et observez : l'image se déplace-t-elle dans la même direction que l'objet ou dans la direction opposée ?
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   Exploration des changements de taille

   Maintenez l'écran immobile et déplacez la bougie vers la gauche (augmentez la distance de l'objet $u$). Comment la taille de l'image change-t-elle ? Si vous déplacez l'écran vers la droite (augmentez la distance de l'image $v$), comment l'image change-t-elle ?
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   Vérification de la relation proportionnelle

   Après avoir ajusté les positions, vérifiez les "Données de mesure". Calculez le rapport de la distance de l'image à la distance de l'objet $v/u$, puis calculez le rapport de la hauteur de l'image à la hauteur de l'objet $h'/h$. Sont-ils égaux ?
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   Réflexion sur la taille de l'ouverture

   Bien que cette expérience simule un sténopé idéal, essayez de réfléchir : si le sténopé était percé très grand en réalité, y aurait-il encore une image claire sur l'écran ? (Indice : Un grand trou peut être vu comme une collection d'innombrables petits trous)

Objectifs d'apprentissage

• Confirmer les propriétés de l'imagerie par sténopé : image inversée, réelle
• Maîtriser les lois régissant comment la distance de l'objet $u$ et la distance de l'image $v$ affectent la taille de l'image
• Vérifier l'application des lois des triangles semblables dans l'imagerie optique par des données expérimentales
• Comprendre que la taille de l'image par sténopé dépend de la forme de l'objet, pas de la forme du sténopé (tant que le trou est assez petit)

Applications réelles

• Sténopé (Chambre noire) : L'outil de photographie le plus primitif, capable de prendre des photos sans objectif, avec une profondeur de champ infinie.
• Observation des éclipses solaires : Lors d'une éclipse solaire, on peut voir d'innombrables petites taches lumineuses en forme de croissant sous l'ombre des arbres, qui sont des images par sténopé formées par les interstices entre les feuilles.
• Astronomie aux rayons X : Utilisation de la technologie d'imagerie à ouverture codée pour photographier des sources de rayons à haute énergie.

Idées reçues

Lectures complémentaires

• Pinhole Camera - Wikipedia