L ŒIL ET LENTILLES MINCES Chapitre 1 du Thème 1 : Observer, Couleur et image. Première I. L ŒIL L œil de l homme est une sphère quasiment sphérique dont de diamètre mesure en moyenne 25 mm : Remarque Ce schéma ainsi que sa légende sont à connaître sauf la choroïde qui n est pas au programme. Savoir reproduire ce schéma est une compétence exigible. Les principaux sous-organes de l œil sont : L iris : qui contrôle la quantité de lumière qui entre dans l œil en fonction de la luminosité ambiante : il peut se fermer ou s ouvrir. Le cristallin dont le rôle est de faire converger toute la lumière que l œil reçoit vers le fond de l œil, à savoir, la rétine. La rétine sur laquelle se forme l image. Elle y est convertie en signal nerveux (électrique). Le nerf optique qui transmet ce signal électrique au cortex visuel. 1
II. LENTILLE MINCE CONVERGENTE 1. Définition Une lentille est un milieu transparent délimité par deux surfaces dont l une au moins n est pas plane. On dit par ailleurs que la lentille est mince si et seulement si son épaisseur e est faible devant son diamètre D. Symbole d une lentille mince convergente : Figure 1 : Exemple de lentille 2. Points et rayons particuliers a. Centre optique, axe optique Le centre optique d une lentille mince convergente est le milieu de la lentille et est généralement appelé le point O : L axe optique quant à lui, est la droite perpendiculaire à la lentille et passant par le centre optique. Règle de tracé : Tout rayon qui passe par le centre optique n est pas dévié. 2
b. Foyer image et foyer objet Foyer image Tout rayon incident parallèle à l axe optique d une lentille convergente émerge en passant par le foyer image F : Foyer objet Tout rayon incident passant par le foyer objet F d une lentille convergente émerge parallèlement à l axe optique de cette lentille. 3. Distance focale et vergence Définition On appelle distance focale d une lentille mince convergente la grandeur f * = OF. On appelle vergence C d une lentille mince convergente l inverse de sa distance focale : C = 1 OF = 1 f C est la vergence qui se mesure en dioptries notés δ. OF est la distance focale de la lentille en mètres notés m. 3
III. CONSTRUCTION GRAPHIQUE D UNE IMAGE 1. Image d un objet situé à une distance finie Soit AB un objet orthogonal à l axe optique. Le point A se trouve toujours sur l axe optique. Pour déterminer la position A * B de cet objet, on construit l image B du point B. Pour cela, il faut construire au moins deux rayons particuliers issus de B. Par exemple, on trace un rayon qui passe par B et le centre optique ainsi qu un autre rayon qui passe par B et l un de ses foyers. Alors l intersection des rayons émergents donne la position de B. On observe dans ces conditions deux cas : Si les faisceaux émergents de la lentille sont convergents, l image A B se trouve dans le plan contenant l intersection des rayons émergents. On dit alors que l image est réelle. Si les faisceaux émergents de la lentille sont divergents, c est-à-dire qu ils donnent l impression qu ils ne vont jamais se couper, alors l image A B se trouve dans le prolongement des rayons émergents. C est une image virtuelle qui ne peut pas se matérialiser sur un écran. 2. Image d un objet situé à une distance infinie Lorsqu un objet est situé suffisamment loin, chaque point de cet objet émet vers la lentille des rayons de lumière qu on peut considérer comme parallèles entre eux. On dit alors que l objet est situé à l infini. 4
L image d un objet situé à l infini se forme dans le plan focal image : plan orthogonal à l axe optique et contenant le foyer image de la lentille : IV. MODELE DE L ŒIL REDUIT L œil est un appareil optique compliqué. Pour mieux comprendre comment il fonctionne, on peut construire ce qu on appelle le modèle de l œil. Le modèle réduit de l œil contient : Un diaphragme qui joue le rôle de l iris. Il limite la quantité de lumière qui entre dans l œil. Une lentille mince convergente qui modélise le cristallin. Un écran sur lequel se forme l image qui joue le rôle de la rétine. 5