Deux catégories de lentilles Une lentille est un milieu transparent homogène limité par deux surfaces sphériques ou par une surface sphérique et un plan On les trouve dans les principaux instruments d optique (lunettes, lentilles de contact, loupe, jumelles, microscope, objectif photographique )
Il existe deux sortes de lentilles; comment peut-on les différencier? Expériences Prendre différentes lentilles entre les doigts et essayer de les classer en comparant, pour chaque lentille, les épaisseurs au centre et au bord.
Il existe 2 types de lentilles -des lentilles à bords minces (centre bombé) -des lentilles à bords épais (centre creux)
Observer un texte posé sur une table à travers chaque type de lentille
À travers une lentille à bords minces, le texte apparait plus grand alors qu au travers d une lentille à bords épais, il apparait plus petit
Envoyons sur une lentille plusieurs rayons parallèles
Les lentilles à bords minces sont convergentes Plus la lentille est bombée, plus le point de convergence est proche de la lentille Les lentilles à bords épais sont divergentes
Lentilles à bords minces convergentes Lentilles à bords épais divergentes Schématisation
La lentille convergente Eléments caractéristiques Les Foyers principal image et objet Après la traversée de la lentille convergente, les rayons convergent en un point particulier : F F F Le point noté F est appelé foyer image
Le point F, symétrique de F par rapport à la lentille est appelé foyer objet F F
+ Distance focale et vergence + F F O On appelle distance focale d une lentille notée f : f' OF'
Les opticiens n utilisent pas la distance focale f, mais utilisent la vergence C, d une lentille Vergence d une lentille c 1 f' C : vergence en dioptries δ f : distance focale en m Pour les lentilles convergentes : f > 0 donc C > 0 Pour les lentilles divergentes : f < 0 donc C < 0
Observation expérimentale de l image d un objet 0 Déplacer la lentille devant l objet lumineux et observer l image sur l écran :
Pour une distance objet-lentille supérieure à la distance focale, - l image est réelle/virtuelle - l image est à l envers/à l endroit - lorsqu on rapproche l objet de la lentille, l image s éloigne/se rapproche de la lentille et les dimensions de l image augmentent/diminuent Pour une distance objet-lentille inférieure à la distance focale, - l image est réelle/virtuelle - l image est à l envers/à l endroit - l image est plus petite/plus grande que l objet
Marches des rayons lumineux à travers une lentille Le rayon passe par le centre optique Et observons la direction Le rayon est parallèle à l axe optique du rayon qui émerge Le rayon passe par le foyer objet F F F F F F F
F F Tout rayon qui passe par le centre optique de la lentille n est pas dévié
F F Tout rayon incident parallèle à l axe optique émerge de la lentille en passant par le foyer image F
F F Tout rayon incident passant par le foyer objet F émerge de la lentille parallèlement à l axe optique
Construction graphique de l image d un objet Suivant la position de l objet, on distingue 3 situations : B B B A A F A O F'
AB est un objet situé avant F cas 1/ objet de hauteur 1,5 cm placé 3 cm devant une lentille convergente de distance focale 1 cm 1,5 cm 1 cm 1 cm 3 cm
B A F O F' A B Pour toutes les constructions d image, il suffit en théorie de tracer deux rayons parmi les trois qui sont proposés, mais le tracé des trois rayons sont conseillés en pratique.
A'B' 0,75cm OA' 1,5cm
cas 2/ objet de hauteur 1,5 cm placé 1,5 cm devant une lentille convergente de distance focale 1 cm 1,5 cm 1 cm 1 cm 1,5 cm
A'B' 3cm OA' 3cm
AB est un objet situé sur F cas 3/ objet de hauteur 1,5 cm placé 1 cm devant une lentille convergente de distance focale 1 cm 1,5 cm 1 cm 1 cm
B A F O F' En pratique, l objet n étant jamais parfaitement confondu avec le foyer F, on observe une image A B très grande qui se forme à l infini
Pour une distance objet-lentille égale à la distance focale, il n y a pas d image
AB est un objet situé entre F et O cas 4/ objet de hauteur 1 cm placé 1,5 cm devant une lentille convergente de distance focale 2 cm 1 cm 1,5 cm 2 cm 2 cm
B B Où se trouve l image?? A F A A B est une image virtuelle et droite; elle ne se projette pas sur un écran; on la visualise en regardant à travers la lentille O F'
A'B' A' O 4cm 6cm