Балкански 2006, Теория — Задача 1. La vision de l’homme

Concours Général de Physiques “Minko Balkanski” · 20 май 2006 г.

Внимание: Бележка към темата

Les solutions officielles sont en anglais. La dernière question conceptuelle sur la relation pression–flux n’a pas de réponse explicite dans le corrigé fourni.

Указания

Les deux problèmes sont entièrement indépendants et peuvent être traités dans n’importe quel ordre.

La clarté, la qualité et la précision de la rédaction, qui doit être obligatoirement en français, feront une part très importante de la note finale.

La durée de la composition est de 4 heures.

Условие

L’œil humain est composé dans une première approximation d’une lentille et d’un détecteur (rétine) comme montré sur la figure 1. La taille de l’œil humain et d’environ D=24mmD=24mm de diamètre.

Schéma de l’œil : lentille, rétine, axe visuel et nerf optique.

Le détecteur est formé de deux types de petites cellules appelé cônes et bâtonnets. Les cônes sont présents surtout dans le centre de l’axe visuel tendis que les bâtonnets sont présents dans une zone plus large et leur concentration est maximale à 20∘20^\circ de l’axe optique. La figure 2 montre la répartition des cônes et des bâtonnets sur la rétine.

Densité des cônes et des bâtonnets en fonction de la distance angulaire de l’axe optique.

Les cônes sont responsable pour la vision clair tendis que les bâtonnets sont responsables pour la vision périphérique.

Partie 1

Dans cette partie on considère uniquement des cônes. Pour modéliser cette partie on suppose que la rétine est plate et qu’elle situé à DD de la lentille.

1. Quelle doit être la puissance focale de la lentille pour qu’un objet situé à l’infini soit focalisé sur la rétine.

On suppose qu’on pose un objet à une distance de 1m.

2.a. Quelle doit être la focale de la lentille pour que l’objet soit net sur la rétine

2.b. Quelle est la taille maximale de l’objet pour qu’on le voie en vison claire.

Chez une personne myope la lentille focalise un objet situé à 3m de l’œil à 1 mm devant la rétine.

3.a. On corrige ce défaut par des lunettes. La distance œil lunettes est 1cm. Quelle doit être la focale de la lentille de la lunette

3.b. On corrige le défaut par une lentille de contacte. Quelle doit être la focale de la lentille de contacte.

On suppose que la densité des cônes est égale à la densité moyenne des cônes dans la zone de vision claire.

4.a. Quelle est la taille d’un cône

4.b. Quelles est la taille minimale visible de l’objet

4.c. Quelle est la distance minimale entre deux points situés à 1m d’un œil sans défauts pour qu’on puisse les voir séparés

4.d. Quelle est la résolution angulaire de l’œil en vison claire.

Partie 2

Dans cette partie ne suppose plus que la rétine n’est plus plate et on considère une rétine sphérique. De plus on prend en compte la réponse des cônes et des bâtonnets. On rappelle que la surface d’une portion de sphère est donnée par la formule S=ΩR2S=\Omega R^2 avec Ω=2π(1−cos⁡θ)\Omega=2\pi(1-\cos\theta) où Ω\Omega est l’angle solide et θ\theta est l’angle montré sur la figure 3. On suppose en plus que pendant le jour deux bâtonnets sont nécessaires pour donner la même sensibilité qu’un cône.

Portion de sphère et angle theta.

1. Donner la résolution angulaire de l’œil dans la zone de vison claire en fonction de l’angle d’incidence de la lumière.

2. Calculer la résolution angulaire de l’œil sur toute la rétine en fonction de l’angle d’incidence de la lumière. Que se passe-t-il quand un objet s’éloigne de l’axe visuel ?

Отговори

Решение

Теми и трудност

Трудност: неоценена.

Оптика · Лещи и образи

Предпоставки: Разширена олимпиадна подготовка


Оригинал в Архива: CGP_2006_fr.pdf · официални решения: CGP_2006_cr.pdf