Images par réflexion sur une cuillère

Qui aurait cru qu’une simple cuillère à soupe peut servir à illustrer les propriétés des miroirs sphériques ? Voici une expérience très instructive, et qui demande peu de matériel.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
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Image virtuelle dans un miroir convexe

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Image réelle dans un miroir concave

Matériel
  • une cuillère à soupe en métal dont la surface n’est pas trop rayée

  • éventuellement un miroir de maquillage grossissant.

Montage et réalisation

Il faut observer son image dans la partie incurvée d’une cuillère tenue à environ 30 cm pour pouvoir se reconnaître.

Si la concavité est tournée vers soi (miroir concave), on se voit à l’envers, alors que dans le cas contraire (miroir convexe), l’image est droite.

Lorsqu’on se regarde dans un miroir de maquillage, qui est également un miroir concave, on voit une image du visage agrandie et droite. C’est seulement pour de grandes distances au miroir (environ 2 m) qu’on peut se voir à l’envers dans un tel miroir.

Explications

Pour pouvoir développer des explications qualitatives, nous admettrons qu’il est question de miroirs paraboliques car seuls ceux-ci possèdent un foyer F ponctuel , alors que d’autres surfaces réfléchissantes à symétrie sphérique présentent en général une région de focalisation étendue (aberration de sphéricité). Les écarts à la symétrie sphérique qui apparaissent dans les cas réels entraînent des aberrations de l’image par réflexion. Un observateur voit dans un miroir convexe une image virtuelle droite et plus petite que l’objet (voir le trajet des rayons lumineux sur la première figure. En revanche, un miroir concave donne une image réelle renversée si la distance entre le miroir et l’observateur est supérieure à la distance focale (2 ème figure).

Dans le cas de la cuillère, la distance focale n’est que de quelques centimètres et comme la faculté d’accommodation de l’œil est limitée (distance minimale de vision distincte de l’ordre de 10 cm), la distance entre l’œil et la cuillère est toujours supérieure à la distance focale si l’on veut obtenir une image nette.

Si la distance entre l’objet et le miroir concave est inférieure à la distance focale, il se forme une image virtuelle droite et plus grande que l’objet (figure suivante).
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Image virtuelle dans un miroir concave

Cette image est d’autant plus grande que l’objet est plus proche du foyer. C’est cette propriété qui est utilisée dans les miroirs de maquillage qui possèdent une distance focale relativement grande (environ 0,5 m). Mais si l’on regarde son image à grande distance dans un miroir de ce type, on voit également son visage à l’envers

Remarques

Une question de « réflexion » – ou plutôt un jeu de l’esprit :

que voit-on si l’on regarde d’un seul œil la face intérieure d’une grande demi-sphère argentée, dans une pièce normalement éclairée, l’œil étant situé exactement au centre de la sphère ?

Réponse :

Avec ce dispositif, aucune lumière ne peut parvenir dans l’œil, et ceci quel que soit son angle d’incidence sur la demi-sphère. En théorie, un œil muni d’une pupille ponctuelle percevrait le noir absolu si un tel miroir idéal existait.

Références

Université en Ligne :miroir sphérique

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