Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications

Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications Ce que tu apprendras À la fin de ce chapitre, tu pourras : décrire les caractéristiques des images formées par les lentilles ; comprendre le rôle des lentilles dans des instruments optiques, comme les microscopes ; décrire une technologie et un procédé qui utilisent les propriétés de la lumière. Pourquoi est-ce important? Il y a des lentilles dans beaucoup d appareils et d instruments, par exemple, les lunettes. Les lentilles jouent un rôle important dans ta vie quotidienne. Tu étudieras les principes des lentilles pour comprendre leur importance. Les habiletés que tu développeras Dans ce chapitre, tu apprendras à : prédire les caractéristiques des images formées par des lentilles à l aide de diagrammes de rayons et d équations algébriques ; prédire les caractéristiques des images formées par des lentilles convergentes et à vérifier expérimentalement tes prédictions ; analyser et à évaluer l efficacité d une technologie liée à la vision ; évaluer les avantages des technologies optiques pour la société. L opération de la cataracte est une chirurgie de l œil très courante. Comme le cristallin est devenu opaque, les médecins l enlèvent et le remplacent par un cristallin en plastique. Pour améliorer cette chirurgie, les médecins doivent comprendre le fonctionnement de l œil et des cristallins artificiels et naturels. 484 Module 4 L optique géométrique et la lumière

Activité 12 1 Où est ton doigt? Tu peux détecter des objets et des mouvements aux limites de ton champ de vision. Peux-tu déterminer toi-même la sensibilité de tes yeux? Dans cette activité, tu évalueras ton champ de vision. Regarde un objet au loin. Couvre ton œil droit avec ta main gauche. Marche à suivre 1. Regarde droit devant toi et fixe un objet au loin. 2. Couvre ton œil droit avec ta main gauche. Étends ton bras droit sur le côté. 3. Regarde toujours droit devant toi. Agite les doigts de ta main droite. Ton bras doit rester tendu. Ramène lentement ton bras devant toi. Vois-tu ta main? Arrête-toi dès que tu vois ta main. 4. Sans bouger la tête, bouge ton œil gauche et regarde ta main. Mémorise tes observations. 5. Une ou un élève va mesurer l angle entre ta tête (ton nez indique la normale) et ton bras tendu. Note cet angle et tes observations. 6. Étudie maintenant la vision de ton œil droit. Refais les étapes 1 à 5 avec les changements appropriés. Questions 1. Explique tes observations faites à l étape 4. 2. Quelle est la largeur approximative (en degrés) de ton champ de vision quand tu regardes droit devant toi? Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications 485

Outils d apprentissage Ces stratégies te permettront d approfondir ta compréhension des concepts et des habiletés scientifiques. Pour en savoir plus sur ces stratégies, consulte la section Aperçu des outils d apprentissage, qui débute à la page 560. Lecture efficace Organisation des apprentissages Liens avec les connaissances antérieures Utilisation d un organisateur graphique Tu connais déjà certaines choses sur les lentilles et l œil humain. Tu vas en apprendre de nouvelles dans ce chapitre. Pendant ta lecture, pose-toi ces questions : Les applications des organisateurs graphiques Objectif Quelle expérience personnelle cela me rappelle-t-il? (ais un lien entre ce que tu lis et ton expérience.) Exemple : Les objets éloignés apparaissent nets avec mes lunettes. Qu est-ce que j ai déjà lu à ce sujet? (ais un lien entre ce que tu lis et un autre texte.) Exemple : J ai lu un article sur l opération des yeux au laser qu ont subie certains athlètes Quels sont les progrès récents de la correction de la vision? (ais un lien entre ce que tu lis et le monde.) Exemple : On a parlé de verres de contact spéciaux aux nouvelles. Ils corrigent la vision. Il existe aussi des médicaments contre des maladies de l œil. Applique la stratégie Lis les deux premiers paragraphes à la page 487. ais des liens avec tes connaissances sur les lentilles et montre-les dans un diagramme hiérarchique. Organisateurs graphiques possibles Voir Organiser les idées principales et secondaires Constellation de mots, tableau, diagramme en toile d araignée p. 565 566 Montrer les causes et les effets, les étapes d un processus ou d une séquence Diagramme cause à effet, carte conceptuelle, constellation de mots, tableau séquentiel p. 565 566 Comparer Diagramme de Venn p. 566 Analyser un ensemble de nombres ou de résultats Graphique, tableau p. 545, 556 Applique la stratégie Détermine les idées principales du texte sur les lunettes de Galilée et de Kepler à la page 502 et note-les dans un organisateur graphique. Compare ensuite ton organisateur avec celui d une ou d un camarade. Quel organisateur est le meilleur pour comprendre et mémoriser des renseignements? Pourquoi? Étude de mots amilles de mots Le suffixe est un élément qu on ajoute à la fin d un radical pour former un autre mot. Les mots du tableau se terminent tous par -opie, qui signifie «vue» ou «œil», et désignent un état de la vue. Si tu cherches le sens d un mot, tu peux trouver son suffixe et sa signification. Mots qui se terminent par -opie Mot Mot de base ou radical Élément commun (suffixe) Définition du mot complet myopie my- -opie Difficulté à voir les objets éloignés. hypermétropie hypermétr- -opie Difficulté à voir les objets proches. diplopie dipl- -opie Vision des objets en double Applique la stratégie ais un tableau comme celui de droite et ajoutes-y d autres mots qui se terminent par -opie. 486 Module 4 L optique géométrique et la lumière 486-519.indd 486 07/10/09 09:05:40

12.1 Les caractéristiques des lentilles Une lentille est un objet transparent qui a au moins une face incurvée qui réfracte (fait dévier) la lumière. Les lentilles ont des points communs avec les miroirs. Les faces des lentilles sont planes, concaves ou convexes. Elles forment des images, par exemple dans un appareil photo. On peut aussi prédire les caractéristiques de ces images. As-tu déjà fait la mise au point pour prendre une photographie? L objectif avance ou recule alors, mais cette méthode de mise au point n est pas pratique pour les téléphones cellulaires ou les endoscopes (page 466). Une entreprise d électronique a donc mis au point une lentille liquide (figure 12.1) qui peut changer de forme, ce qui change sa distance focale. On n a donc pas besoin de la déplacer lorsqu on veut faire la mise au point sur des objets proches ou éloignés. La lentille liquide est un tube transparent et étanche. Il contient deux liquides qui ne se mélangent pas et qui ont des indices de réfraction différents. La forme de la frontière entre les liquides détermine la distance focale de la lentille. Lorsqu on monte la lentille dans son support, on applique une différence de potentiel dans le tube avec des fils électriques qui modifie la forme de la frontière entre les liquides et donc les propriétés de la lentille. La différence de potentiel détermine précisément la forme de la frontière, donc la distance focale de la lentille. Mots clés lentille lentille convergente lentille divergente aberration chromatique lentille Objet transparent qui a au moins une face incurvée qui réfracte la lumière. igure 12.1 Cette lentille a seulement 3 mm de diamètre et 2 mm d épaisseur. On la monte dans le support à gauche, puis on branche les fils à une pile. La différence de potentiel de la pile peut modifier la distance focale de la lentille. Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications 487

igure 12.2 Les religieuses, les moines et les savants étaient les principaux utilisateurs des «pierres de lecture». C était à peu près les seules personnes qui savaient lire vers l an 1000. La forme des lentilles Les «pierres de lecture» sont les premières loupes connues (figure 12.2). On déplaçait la pierre le long du texte et on lisait quelques mots à la fois. Les connaissances scientifiques sur la réfraction et les lentilles ont progressé et ont permis de mettre au point des lentilles différentes pour toutes sortes d applications. Tu étudieras les propriétés de base des lentilles pour comprendre ces applications. On décrit les lentilles et les miroirs avec les termes plane, plan, concave et convexe. Les lentilles ont deux faces qui peuvent être planes, concaves ou convexes. Les pierres de lecture ont une face convexe et une face plane. Tu n as pas besoin de connaître toutes les formes de lentilles. Tu dois seulement en connaître les deux classes : convergentes et divergentes. Quand des rayons lumineux parallèles traversent une lentille divergente, ils s écartent les uns des autres : ils divergent à partir d un point commun. Quand des rayons lumineux parallèles traversent une lentille convergente, ils se rapprochent les uns des autres : ils convergent vers un point commun (figure 12.3). lentilles convergentes lentilles divergentes A B igure 12.3 A Les lentilles convergentes ont une ou deux faces convexes. Elles sont plus épaisses au centre qu au bord. B Les lentilles divergentes ont une ou deux faces concaves. Elles sont plus minces au centre qu au bord. air verre air igure 12.4 Des rayons lumineux parallèles traversent un morceau de verre plat comme une vitre. Leurs directions relatives ne changent pas. Ils sont décalés sur le côté. C est le déplacement latéral. Une lentille ne peut pas avoir deux faces planes, car cette combinaison ne fait ni converger ni diverger les rayons lumineux. La figure 12.4 montre un morceau de verre avec deux faces planes parallèles comme une vitre. Quand des rayons lumineux traversent ce morceau de verre, ils passent d un milieu à un autre. L indice de réfraction du second milieu est plus élevé et les rayons se rapprochent donc de la normale. Lorsque les rayons arrivent à la seconde face plane, ils s écartent de la normale. La déviation à l entrée et la déviation à la sortie se compensent. Les rayons qui traversent ce morceau de verre ont la même direction à l entrée et à la sortie. Il y a eu un seul changement : tous les rayons se sont décalés latéralement. Ce morceau de verre ne change donc pas la direction relative des rayons. Un tel morceau de verre (ou d un autre matériau transparent) n est pas une lentille. Ce renseignement est utile pour l étude des lentilles. 488 Module 4 L optique géométrique et la lumière

Les lentilles convergentes Les lentilles convergentes dirigent les rayons lumineux parallèles vers un même point (figure 12.5A). Une lentille biconvexe (deux faces convexes) permet de bien comprendre la convergence des rayons parallèles. Quand des rayons atteignent la face gauche de la lentille, ils entrent alors dans un milieu «plus lent». La première face convexe réfracte ces rayons, qui se rapprochent donc de sa normale et convergent légèrement. Lorsqu ils ressortent, ils entrent dans un milieu «plus rapide». La seconde face réfracte les rayons qui s écartent de la normale. Ils convergent plus à cause des directions des normales de cette face. Les lentilles divergentes Quand des rayons lumineux parallèles traversent une lentille divergente, ils se séparent et semblent provenir d un même point. La lentille biconcave est une lentille divergente. Elle a deux faces concaves (figure 12.5B). Les deux faces réfractent des rayons lumineux parallèles. La figure 12.5 montre aussi l axe de symétrie des lentilles. Il s agit d une droite qui divise une forme en deux parties semblables. Si on plie la forme en deux le long de cette droite, les deux parties se superposent. lentille convergente Lentille qui fait converger des rayons lumineux parallèles : ces rayons se dirigent alors vers un même point. Activité suggérée 12-A Réalise une expérience Les caractéristiques des images formées par une lentille convergente (page 512) lentille divergente Lentille qui fait diverger les rayons lumineux parallèles : ces rayons semblent alors provenir d un même point. A axe de symétrie B axe de symétrie = igure 12.5 A Une lentille convergente réfracte des rayons parallèles. Ils se dirigent l un vers l autre. B Une lentille divergente réfracte des rayons parallèles. Ils s éloignent l un de l autre. air verre air air verre air principal axis Vérifie tes connaissances 1. Quelles propriétés doit avoir un morceau de verre ou de plastique pour être une lentille? 2. Compare les formes des lentilles convergentes et divergentes de la figure 12.3. a. Quelle est la caractéristique qui te permet de savoir si une lentille est convergente ou divergente? b. Dessine une lentille convergente et une lentille divergente. Chaque lentille doit avoir une face plane. Outils d apprentissage amilles de mots Converger et diverger appartiennent à la même classe de mots. Ce sont des verbes. Un tableau comme celui de la page 486 peut t aider à trouver le sens des mots convergente et divergente. 3. Dessine une lentille avec une face convexe et une face plane. Montre la réfraction de deux rayons parallèles par cette lentille. 4. Il y a des verres de contact convergents et divergents. On corrige ainsi différents problèmes de vision. Quelle doit être la forme de l intérieur d un verre de contact pour s adapter à la forme de l œil? Justifie ta réponse. Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications 489

igure 12.6 A et B Le foyer est représenté par et la distance focale, par f. Il n y a pas réellement de rayon le long des pointillés. Le foyer et la distance focale d une lentille L axe optique d une lentille est une droite qui passe par le centre de la lentille. Elle est perpendiculaire aux deux faces de la lentille (comme pour les miroirs). Quand des rayons parallèles à l axe optique traversent une lentille convergente, ils se rencontrent en un point appelé le foyer () (figure 12.6A). Quand ils traversent une lentille divergente, ils divergent. On prolonge les rayons réfractés de l autre côté de la lentille, comme s ils provenaient tous d un même point. Ce point est un foyer virtuel (figure 12.6B). Comme la lumière peut traverser une lentille dans les deux sens, une lentille a donc deux foyers à la même distance du centre de la lentille. La distance entre le centre de la lentille et le foyer est la distance focale (f). axe de symétrie axe de symétrie A lentille convergente B lentille divergente axe optique axe optique f f f f La position du foyer d une lentille dépend de la courbure de la lentille et de l indice de réfraction. Par exemple, si deux lentilles ont la même forme, mais que l indice de réfraction de la deuxième lentille est plus élevé, elle dévie plus les rayons. Son foyer est donc plus près de la lentille. Si trois lentilles ont le même indice de réfraction et que la courbure augmente, le foyer se rapproche de la lentille (figure 12.7). petite courbure petite courbure courbure moyenne courbure moyenne igure 12.7 Trois lentilles différentes ont le même indice de réfraction. Leur courbure explique les différences de distance focale. Cela est vrai pour les lentilles convergentes et divergentes. grande courbure grande courbure 490 Module 4 L optique géométrique et la lumière

Activité 12 2 Au foyer Dans cette activité, tu vas comparer différentes lentilles convergentes. Tu détermineras les caractéristiques des images et les distances focales. 4. Mesure la distance entre le centre de la lentille et l écran. Note cette mesure dans ton tableau. Matériel plusieurs lentilles convergentes différentes une feuille de papier une règle métrique Marche à suivre 1. Reproduis le tableau suivant et donne-lui un titre. Description de la lentille Description de l image Épaisseur maximale de la lentille (mm) Distance focale (cm) 2. Tu as besoin d une source de lumière brillante éloignée, comme une fenêtre ouverte de l autre côté de la classe. Tiens une lentille convergente dans une main et une feuille de papier dans l autre qui te servira d écran. 3. Place la lentille entre l écran et la source de lumière. La lumière doit traverser la lentille et arriver sur l écran. Rapproche ou éloigne l écran de la lentille pour obtenir une image nette de la source de lumière sur l écran. Mesure la distance entre l écran et la lentille. 5. Décris l image sur l écran. Décris la lentille. Ses faces ont-elles la même forme? Note ces descriptions dans ton tableau. Mesure l épaisseur du centre de la lentille. 6. Refais les étapes 3 à 5 avec les autres lentilles. Questions 1. Décris en une phrase l image formée par une lentille convergente quand l objet est loin de la lentille. 2. Quelle est l influence de l épaisseur d une lentille convergente sur sa distance focale? L effet d une lentille avec une courbure très importante La figure 12.8 montre une image prise avec un objectif très grand angle. La distance focale de cet objectif est très courte. Les lentilles épaisses et minces L aberration sphérique pour les miroirs incurvés (chapitre 10) se produit lorsque des rayons lumineux arrivent depuis un point de l objet qui est loin de l axe optique. Ils ne forment alors pas une image nette. Les lentilles ont aussi une aberration sphérique, mais elle n est pas perceptible pour les lentilles très minces. (Les lentilles de la figure 12.6 sont des lentilles minces idéales.) Le cas des lentilles épaisses est différent. Seuls les rayons lumineux parallèles à l axe optique et près de l axe optique se rencontrent au foyer d une lentille épaisse pour obtenir des images nettes. igure 12.8 Un objectif très grand angle déforme beaucoup l image. Son champ de vision est aussi beaucoup plus grand. Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications 491

aberration chromatique La dispersion de la lumière dans une lentille. L aberration chromatique Regarde la figure 12.9A. Certains rayons sont loin de l axe optique d une lentille convergente et ils ne convergent pas au foyer. C est la même chose pour les lentilles divergentes. Les bords des lentilles ressemblent aux prismes. Les diverses couleurs s y séparent donc (figure 12.9B). La figure 11.8 montre la dispersion de la lumière dans un prisme. Compare les bords des lentilles avec ce prisme. La dispersion de lumière créée par une lentille est appelée aberration chromatique (figure 12.9C). Les aberrations sphérique et chromatique des lentilles épaisses diminuent la qualité des photographies. A B C igure 12.9 En A, on voit une lentille épaisse à faces sphériques. Elle ne peut pas faire converger tous les rayons parallèles en un même point. En B, on voit les conséquences de la dispersion des couleurs. Chaque couleur à son propre foyer. L aberration chromatique est plus visible au bord de l image en C. On peut partiellement corriger les aberrations sphérique et chromatique en utilisant plusieurs lentilles avec des indices de réfraction différents, c est-à-dire fabriquées avec des matériaux différents. La figure 12.10 montre deux combinaisons de lentilles qui corrigent partiellement les aberrations sphérique ou chromatique. Il y a généralement beaucoup de lentilles dans les bons objectifs pour appareils photo pour réduire autant que possible les aberrations (figure 12.10C). Les lentilles très minces n ont pas d aberrations importantes. Tu étudieras les diagrammes de rayons et les formules pour ces lentilles uniquement. A C verre flint B verre crown igure 12.10 A Deux lentilles minces ont moins d aberration sphérique qu une seule lentille plus épaisse. B Une combinaison de deux lentilles en verres différents peut réduire l aberration chromatique. C Les bons objectifs photographiques minimisent les aberrations sphérique et chromatique. Il faut alors combiner plusieurs lentilles. 492 Module 4 L optique géométrique et la lumière

Révision de la section 12.1 Résumé de la section Les lentilles sont convergentes ou divergentes. Elles réfractent différemment les rayons lumineux parallèles. Les lentilles convergentes ont une ou deux faces convexes et sont plus épaisses au centre qu au bord. Les lentilles divergentes ont une ou deux faces concaves et sont plus minces au centre. Quand des rayons parallèles à l axe optique traversent une lentille convergente, ils se rencontrent tous au foyer. Quand les mêmes rayons traversent une lentille divergente, ils semblent tous provenir du foyer. Les rayons parallèles à l axe optique d une lentille épaisse et loin de cet axe ne sont pas réfractés vers le foyer. C est l aberration sphérique. L indice de réfraction d une lentille change avec la couleur. Les diverses couleurs ont donc des foyers différents. C est l aberration chromatique. Questions de révision CC 1. Pourquoi ne classe-t-on pas les lentilles selon la forme de leurs faces (concaves, convexes ou planes)? C 2. Définis les termes «lentille convergente» et «lentille divergente». Explique tes définitions avec un schéma. CC 3. Regarde ces lentilles. Lesquelles sont convergentes? Divergentes? A B C D C 4. Comment trouve-t-on le foyer d une lentille divergente? Explique cela avec un croquis et indique la distance focale. CC 5. Pourquoi les lentilles ont-elles deux foyers sur l axe optique? MA 6. Cette photographie montre une aberration. Où est-elle la plus visible? Pourquoi? C 7. Qu est-ce que l aberration chromatique? Pourquoi se produit-elle? Réponds avec un schéma. Comment élimine-t-on les aberrations chromatiques dans les bons objectifs photographiques? Réfère-toi à la figure 12.10C. HP 8. Les miroirs sphériques et les lentilles ont une aberration sphérique, mais les miroirs n ont pas d aberration chromatique comme les lentilles. Explique pourquoi. Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications 493

Mots clés équation des lentilles minces équation du grossissement 12.2 Les images formées par les lentilles Pour plus d information, demande à ton enseignante ou à ton enseignant de te guider vers des sites Internet appropriés. La figure 12.11 montre les images formées par deux lentilles différentes. En A, la lentille a grossi l objet. L image fait paraître l objet plus près qu il ne l est en réalité. En B, l image est plus petite que l objet et l objet semble plus loin. Comme pour les miroirs, tu peux prédire la position, l orientation, la taille et le type de l image formée par une lentille avec des diagrammes de rayons. Indique la position du foyer et trace ensuite trois rayons particuliers près de l axe optique pour trouver la position d un point de l image. Le tableau 12.1 montre ces trois rayons. Le premier rayon part de l objet et est parallèle à l axe optique. Il est réfracté lorsqu il passe par le foyer du côté image (à droite de la lentille). Un deuxième rayon passe par le centre de la lentille et n est pas réfracté, mais passe par le même point de l image. Un troisième rayon passe par le foyer du côté objet (à gauche de la lentille), puis il est réfracté. Il est alors parallèle à l axe optique et rencontre le premier rayon au point de l image. Le tableau 12.1 montre des diagrammes de rayons simplifiés. On ne montre pas la réflexion partielle. Il y a normalement une réfraction à chaque surface ; on ne montre qu une seule déviation à l axe de symétrie de la lentille, représenté par une droite verticale qui passe par le centre de la lentille. A B igure 12.11 A L image est plus grande que l objet, qui semble alors plus près. B L image est plus petite que l objet, qui semble plus loin. 494 Module 4 L optique géométrique et la lumière

Tableau 12.1 Les diagrammes de rayons pour les lentilles convergentes Directives Diagramme 1. Trace l axe optique et l axe de symétrie de la lentille convergente. C est une droite verticale au milieu de l axe optique. Indique les foyers des deux côtés de la lentille. Ils sont à la même distance du centre de la lentille. Dessine un objet plus loin de la lentille que le foyer. 2. Trace un premier rayon (en bleu dans le diagramme). Il part du haut de l objet et va vers la lentille parallèle à l axe optique. Le rayon atteint l axe de symétrie. Tous les rayons parallèles à l axe optique d une lentille convergente sont réfractés et passent par le foyer. Trace ce rayon de l autre côté de la lentille. Il part de l axe de symétrie et passe par le foyer du côté image. 3. Trace un deuxième rayon (en rouge dans le diagramme). Il part du haut de l objet et passe par le centre de la lentille. Le centre de la lentille agit comme un morceau de verre plat. Les rayons qui passent par le centre ne sont pas déviés. Ces rayons sont en fait décalés sur le côté. (Revois la figure 12.4.) Comme ce décalage est imperceptible pour les lentilles minces, le rayon est donc une droite. 4. Trace un troisième rayon (en vert dans le diagramme). Il part du haut de l objet et passe par le foyer du côté objet. Le rayon atteint l axe de symétrie. Tous les rayons qui passent par le foyer d une lentille convergente sont réfractés et sont parallèles à l axe optique. Trace ce rayon de l autre côté de la lentille. Il part de l axe de symétrie et est parallèle à l axe optique. Il rencontre les deux autres rayons au point de l image. 5. Dessine l image. Le haut de l image est au point de rencontre des trois rayons. Le bas de l image est sur l axe optique. On peut alors fournir les caractéristiques de l image. Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications 495

Les caractéristiques des images formées par les lentilles convergentes L image sur la figure 12.11A est droite et celle du tableau 12.1 est renversée. Les lentilles convergentes peuvent former des images renversées et des images droites. Pour déterminer l orientation de l image, trace des diagrammes de rayons. Place l objet à différentes positions par rapport à la lentille et au foyer. La distance objet est la distance de l objet au centre de la lentille. La distance image est la distance de l image au centre de la lentille, comme pour les miroirs. Les diagrammes de rayons de la figure 12.12 montrent l image pour un objet à différentes positions, semblables à celles utilisées pour les miroirs concaves. Les caractéristiques des images formées par les lentilles convergentes sont les mêmes que celles formées par les miroirs concaves. Le diagramme de rayons de la figure 12.12A semble incorrect, mais il est bel et bien exact. Une lentille convergente réfracte les trois rayons. Ils se séparent, mais c est normal puisqu ils ne sont pas parallèles. Ils permettent de former une image virtuelle. Une lentille convergente réfracte des rayons parallèles qui convergent. Comme les rayons incidents de la figure 12.12A ne sont pas parallèles, ils se séparent. Pour voir leur convergence, tu dois les prolonger derrière la lentille pour trouver l image. Les rayons ne se rencontrent pas réellement à l image. Si tu places un écran à la position de l image, tu ne verras rien. L image est virtuelle lorsque l objet est placé entre la lentille convergente et le foyer. C est le principe de la loupe (figure 12.11A). A L objet est entre le foyer et la lentille. B La distance objet est entre une C et deux distances focales. La distance objet est supérieure à deux distances focales. 2 2 2 2 Caractéristiques de l image : plus loin de la lentille que l objet droite plus grande que l objet virtuelle Caractéristiques de l image : plus loin de la lentille que l objet renversée plus grande que l objet réelle Caractéristiques de l image : plus proche de la lentille que l objet renversée plus petite que l objet réelle igure 12.12 Les images formées par une lentille convergente. A L objet est entre le foyer et la lentille. L image est virtuelle et plus grande que l objet. La distance image est plus grande que la distance objet. B La distance objet est entre une et deux distances focales. L image est réelle et plus grande que l objet. La distance image est plus grande que la distance objet. C La distance objet est supérieure à deux distances focales. L image est réelle et plus petite que l objet. La distance image est plus petite que la distance objet. 496 Module 4 L optique géométrique et la lumière

Les diagrammes de rayons pour les lentilles divergentes Le tableau 12.2 montre comment tracer un diagramme de rayons pour une lentille divergente. Tableau 12.2 Les diagrammes de rayons pour les lentilles divergentes Directives Diagramme 1. Trace l axe optique et l axe de symétrie de la lentille divergente. Indique les foyers des deux côtés de la lentille. Ils sont à la même distance du centre de la lentille. Dessine un objet plus loin de la lentille que le foyer. 2. Trace un premier rayon (en bleu dans le diagramme). Il part du haut de l objet et va vers la lentille parallèle à l axe optique. Le rayon atteint l axe de symétrie. Tous les rayons parallèles à l axe optique d une lentille divergente sont réfractés et semblent provenir du foyer virtuel du côté objet. Trace le rayon de l autre côté de la lentille. Il part de l axe de symétrie et semble provenir du foyer virtuel. 3. Trace un deuxième rayon (en rouge dans le diagramme). Il part du haut de l objet et passe par le centre de la lentille. Le centre de la lentille agit comme un morceau de verre plat. Les rayons qui passent par le centre ne sont pas déviés. Le rayon n est donc pas dévié. C est une droite. 4. Trace un troisième rayon (en vert dans le schéma). Il part du haut de l objet et se dirige vers le foyer de l autre côté de la lentille. Le rayon atteint l axe de symétrie. Tous les rayons qui se dirigent vers le foyer de l autre côté d une lentille divergente sont réfractés et sont parallèles à l axe optique. Trace ce rayon de l autre côté de la lentille. Il part de l axe de symétrie et est parallèle à l axe optique. 5. La lentille réfracte les rayons. Ils divergent et ne se rencontrent pas. Prolonge les rayons bleu et vert derrière la lentille avec des pointillés. Les rayons prolongés se rencontrent. Comme le rayon rouge qui traverse le centre de la lentille est une droite, ne le prolonge pas. Les trois rayons se rencontrent et indiquent la position du point de l image. Trace l image en pointillés. Le haut de l image est au point de rencontre des trois rayons. Le bas de l image est sur l axe optique. Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications 497

Les caractéristiques des images formées par les lentilles divergentes L image sur la figure 12.11B est droite et plus petite que l objet. Cette observation confirme le diagramme de rayons pour une lentille divergente du tableau 12.2. Les caractéristiques de l image formée par une lentille divergente ne dépendent pas de la position de l objet. Elle est toujours droite, virtuelle et plus petite que l objet, et la distance image est toujours plus petite que la distance objet. Plus l objet est loin de la lentille, plus l image est petite. Vérifie tes connaissances Trace le diagramme de rayons et indique les quatre caractéristiques de l image pour chacune de ces situations. 1. Un objet de 1,5 cm de haut est placé à 4 cm d une lentille convergente. Sa distance focale est de 3 cm. 2. Un objet de 1 cm de haut est placé à 5 cm d une lentille convergente. Sa distance focale est de 2 cm. 3. Un objet de 1 cm de haut est placé à 4 cm d une lentille divergente. Sa distance focale est de 3 cm. 4. Un objet de 1 cm de haut est placé à 5 cm d une lentille divergente. Sa distance focale est de 2 cm. Équation des lentilles minces 1_ f = 1 _ d i + 1 _ d o Équation du grossissement Les équations des lentilles minces et du grossissement Pour prédire la position et la hauteur des images formées par les lentilles, tu peux utiliser les mêmes équations que pour les miroirs. Tu utiliseras ces équations uniquement pour les lentilles convergentes. Voici les symboles utilisés dans les diagrammes de rayons et les équations des lentilles : f est la distance focale de la lentille, d o est la distance objet, d i est la distance image, h o est la hauteur de l objet et h i est la hauteur de l image. Les équations apparaissent dans l encadré de gauche (figure 12.13). G = _ h i = _ d i h o d o f d i Le signe négatif signifie que les images réelles sont renversées. La distance image d une image virtuelle est négative. Le signe négatif indique donc que la hauteur de l image est positive. L image est bien droite. h o axe optique d o f axe optique h i igure 12.13 Dans ce diagramme, d représente la distance de la lentille et h, la hauteur. Les indices «o» et «i» indiquent si le symbole correspond à l objet ou à l image. 498 Module 4 L optique géométrique et la lumière

Exemple de problème : utiliser les équations des lentilles minces et du grossissement pour les lentilles convergentes Problème Un objet de 8,5 cm de haut est placé à 28 cm d une lentille convergente. Sa distance focale est de 12 cm. a. Calcule la distance image, d i. b. Calcule la hauteur de l image h i. Solution a. Tu connais la distance objet, d o = 28 cm, la distance focale, f = 12 cm, et la hauteur de l objet, h o = 8,5 cm. Pour trouver d i, inverse l équation de la lentille mince et remplace les variables par leurs valeurs. Calcule d i. _ 1 f = _ 1 + _ 1 d i d o _ 1 = _ 1 d i f _ 1 d o = 1_ 12 cm 1_ 28 cm = 7_ 84 cm 3_ 84 cm = 4_ 84 cm = 1_ 21 cm d i = 21 cm L image est à 21 cm de la lentille. b. Tu connais la distance objet, d o = 28 cm, la distance focale, f = 12 cm, et la hauteur de l objet, h o = 8,5 cm et tu as calculé la distance image, d i =21 cm. Pour trouver h i, inverse l équation du grossissement et remplace les variables par leurs valeurs. Calcule h i. G = _ h i = _ d i h o d o _ h i = _ d i h o d o h i = _ ( d i)(h o ) = ( 21 cm)(8,5 cm) = 6,375 cm 28 cm d o La hauteur de l image est -6,4 cm. Le signe négatif indique que l image est renversée. Outils de science Consulte la section Outils de science 11 pour en savoir plus sur la méthode de résolution de problèmes. Conseil : Commence avec l équation _ 1 = 1_ d i 12 cm 1_ 28 cm Évalue d abord les deux termes à droite avec le bouton 1/x. Entre 12 sur ta calculatrice, appuie sur le bouton 1/x et tu obtiendras 0,833 3. Entre ensuite 28 sur ta calculatrice, appuie sur le bouton 1/x et tu obtiendras 0,035 7. Ton équation devient alors : _ 1 = 0,083 33 0,035 7 d i = 0,047 62 Appuie encore sur le bouton 1/x. Le résultat est d i = 21 cm. Vérifie ta solution La distance objet est supérieure à deux distances focales. L image est donc renversée et plus petite que l objet. La distance image est aussi plus petite que la distance objet. La solution confirme ces caractéristiques. Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications 499

A image d une galaxie galaxie brillante éloignée immense galaxie image d une galaxie B Terre Exercices 1. Une lentille convergente a une distance focale de 12,0 cm. Un objet de 6,30 cm de haut est placé à 54,0 cm de la lentille. Calcule la distance image et la hauteur de l image. 2. Un objet de 7,50 cm de haut est placé à 150 cm d une lentille convergente. Sa distance focale est de 90,0 cm. Calcule la distance image et la hauteur de l image. 3. Un objet de 4,20 cm de haut est placé à 84,0 cm d une lentille convergente. Sa distance focale est de 120,0 cm. Calcule la distance image et la hauteur de l image. 4. Une image réelle renversée d une hauteur de 96,0 cm se trouve à 144 cm d une lentille convergente. L objet est à 36,0 cm de la lentille. (Conseil : La hauteur h i d une image renversée est négative.) Calcule la distance focale et la hauteur de l objet. igure 12.14 A Les lignes continues montrent le trajet réel de la lumière de la galaxie brillante. Les lignes pointillées montrent le trajet de la lumière vu depuis la Terre. B La région brillante au centre est une immense galaxie. L anneau bleu est la lumière d une galaxie brillante derrière celle-ci. Les lentilles gravitationnelles Albert Einstein a formulé l hypothèse selon laquelle la force gravitationnelle peut dévier la lumière. Cet effet est parfois visible, mais il faut une immense galaxie ou un ensemble de galaxies pour avoir une masse capable de dévier la lumière. Voici une des conclusions d Einstein : si une immense galaxie se trouve entre la Terre et une galaxie extrêmement brillante, la lumière de la galaxie brillante est déviée autour de l immense galaxie (figure 12.14A). On verra alors un anneau de lumière autour de l immense galaxie (figure 12.14B). Vers un monde meilleur Kienan Marion participe à des projets de science depuis qu elle a 12 ans. En 10 e année, elle a demandé des idées de projets à un professeur d astronomie de l Université de Calgary. Il lui a montré un modèle de lentilles gravitationnelles, qui sont de grandes masses dans l espace, comme une galaxie ou un ensemble de galaxies, qui peuvent dévier la lumière d une galaxie située derrière elles. Kienan a décidé d évaluer ce modèle en simulant des lentilles gravitationnelles avec des pieds de verres à vin. Elle a présenté son projet «Gravity : Through the Looking Glass» à l Expo-sciences pancanadienne 2008, à Ottawa. Elle a gagné une médaille d argent. Elle l a aussi présenté au Calgary Youth Science air et a alors remporté la médaille d or de la Société royale d astronomie du Canada. Kienan souhaite étudier les sciences et le génie à l université. Quelles questions te poses-tu sur la lumière? Comment y répondrais-tu avec des objets usuels? 500 Module 4 L optique géométrique et la lumière

Révision de la section 12.2 Résumé de la section Avec des diagrammes de rayons, on peut déterminer les caractéristiques des images formées par des lentilles. L image est virtuelle, droite et plus grande que l objet quand l objet est entre une lentille convergente et le foyer. L image est réelle et renversée quand l objet est plus loin d une lentille convergente que le foyer. Quand une image est formée par une lentille divergente, elle est toujours droite, virtuelle, plus petite que l objet et du même côté que l objet. Avec la distance focale de la lentille, la hauteur et la position de l objet, on peut calculer les caractéristiques de l image avec des équations algébriques. Questions de révision C 1. Recopie ce tableau dans ton cahier. Un objet se trouve devant une lentille convergente qui réfracte les rayons incidents. Décris les rayons réfractés. Justifie ta description. CC 2. Un objet se trouve entre une lentille convergente et le foyer de la lentille. Les trois rayons réfractés semblent diverger. Pourquoi cette lentille est-elle considérée comme étant une lentille convergente? CC 3. Une image est réelle, renversée et plus grande que l objet. La distance image est plus grande que la distance objet. a. Quel type de lentille forme cette image? b. Où l objet se trouve-t-il par rapport à la lentille? Diagramme de rayons pour les lentilles convergentes Rayon incident a. Le rayon incident est parallèle à l axe optique. Il atteint la lentille convergente. b. Le rayon incident arrive au centre de la lentille. c. Le rayon incident passe par le foyer. Il atteint la lentille convergente. Rayon réfracté Justification CC 4. Décris la taille et l orientation de l image de la figure 12.11B par rapport à l objet. Quel type de lentille forme cette image? HP 5. Un objet de 5,50 cm de haut est placé à 100 cm d une lentille convergente. Sa distance focale est de 40,0 cm. Calcule la distance image et la hauteur de l image. HP 6. Recopie ce diagramme et complète-le. Indique les quatre caractéristiques de l image. HP 7. Résous ce problème avec un diagramme de rayons et les équations algébriques. Un objet de 3,0 cm de haut est placé à 14 cm d une lentille convergente. Sa distance focale est de 8,0 cm. Calcule la distance image et la hauteur de l image. CC 8. Qu est-ce qu une lentille gravitationnelle? 2 2 Réponds à la question 6 à l aide de ce diagramme. Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications 501

Mots clés objectif oculaire cornée rétine myopie hypermétropie presbytie astigmatisme appareil de vision nocturne objectif La lentille d une lunette par laquelle la lumière entre. oculaire La lentille d une lunette par laquelle la lumière sort ; on regarde l objet par l oculaire. 12.3 Les applications des lentilles et l œil humain Galilée (1564-1642) a entendu parler de la lunette astronomique en 1608. Il a alors conçu et fabriqué sa propre lunette astronomique en moins d un an. Elle ressemblait à celle de la figure 12.15. Il a découvert quatre des lunes de Jupiter en 1610, des cratères sur la Lune et les phases de Vénus (Vénus à des phases comme la Lune). Ces découvertes sont remarquables puisqu on ne comprenait pas encore bien la théorie des lentilles à cette époque. Galilée a augmenté le grossissement de la lunette. Cela a réduit son champ de vision, c est-à-dire la région observée, et il ne pouvait donc pas voir la Lune au complet. Sa lunette avait aussi des aberrations sphériques et chromatiques. Les modifications de la lunette Le célèbre astronome Johannes Kepler (1571-1630) a modifié le principe de la lunette de Galilée. Il a obtenu un meilleur grossissement, mais l image était renversée. C est un problème pour l observation des objets sur la Terre, car on n a pas l habitude de ce type d image, mais ça ne pose pas de problème pour l observation du ciel. La lunette de Galilée comporte deux lentilles : une convergente et une divergente. La lentille convergente l objectif, par lequel la lumière entre. La lentille divergente est l oculaire, là où on regarde et où la lumière sort. igure 12.15 Galilée a fait des découvertes astronomiques remarquables avec une lunette comme celle-ci. 502 Module 4 L optique géométrique et la lumière

Les diagrammes de rayons pour les lunettes astronomiques La figure 12.16 montre le diagramme de rayons d une lunette comme celle de Galilée. Étudie-le attentivement. 1 est le foyer de l objectif et 2, le foyer de l oculaire. Regarde la position des deux lentilles. Les foyers à droite des deux lentilles sont au même endroit. L objectif réfracte les rayons (en rouge) d une étoile ou d une planète lointaine. S il n y avait pas d oculaire, l objectif formerait une image à l extrême droite du diagramme. Les rayons atteignent l oculaire avant qu une image se forme. Il dévie les rayons (en vert) et forme une image virtuelle entre les deux lentilles. image virtuelle formée par l oculaire 1 objectif image réelle formée par l objectif Activité suggérée 12-C Réalise une expérience abriquer une lunette astronomique simple (page 516) igure 12.16 Avec la lunette de Galilée, un seul objectif formerait une image renversée. L oculaire en ajoute un deuxième et redresse l image. 1 2 2 oculaire La figure 12.17 montre le diagramme de rayons de la lunette de Kepler. Regarde la position des deux lentilles. Leurs foyers sont au même endroit entre les lentilles. L objectif réfracte les rayons (en rouge) d une étoile ou d une planète lointaine et forme une image entre les deux lentilles. L image formée par l objectif est l objet pour l oculaire qui réfracte les rayons (en vert) provenant de cette première image réelle. Il forme une image virtuelle qui se trouve à gauche de l objectif. L image finale est renversée et plus grande que l image formée par l objectif. image réelle d un objet éloigné formée par l objectif rayons lumineux provenant d un objet éloigné igure 12.17 La lunette de Kepler forme une image renversée. oculaire 1 1 2 image virtuelle formée par l oculaire 2 objectif Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications 486-519.indd 503 503 08/10/09 00:53:53

À sa juste Pour améliorer la lunette astronomique, Isaac Newton a étudié l optique plus en détail. Il a ainsi fait beaucoup progresser les connaissances sur l optique et la lumière dans les années 1600. L innovation de Newton Les lunettes de Galilée et de Kepler ont de l aberration chromatique. Cela dérangeait beaucoup Isaac Newton (1642-1727). Il a donc décidé d utiliser un miroir concave comme objectif. Ce type d instrument est un télescope. Cela permet de réduire de beaucoup l aberration chromatique. La figure 12.18 montre le diagramme de rayons du télescope de Newton. La lumière entre dans le télescope et atteint le miroir concave. Le miroir réfléchit la lumière vers le foyer 1. Les rayons n atteignent pas 1, puisqu un miroir plan les réfléchit. Ils convergent en 2, le foyer de l oculaire. Les rayons de 2 traversent l oculaire qui grossit l image. 1 igure 12.18 Le miroir concave du télescope de Newton forme une image réelle dans le télescope. Le miroir plan reflète cette image dans un tube sur le côté du télescope. On observe l image avec l oculaire comme dans une lunette de Kepler. miroir plan à 45º oculaire 2 miroir concave qui sert d objectif igure 12.19 Le premier prisme inverse l image latéralement. Le deuxième prisme l inverse du haut vers le bas. image originale prisme image inversée latéralement Les lunettes astronomiques et les télescopes modernes On a beaucoup amélioré les lunettes astronomiques et les télescopes, mais on se base encore sur les concepts de Galilée, de Kepler et de Newton. Une caractéristique importante des lunettes et des télescopes est la quantité de lumière qu ils peuvent capter. Si une étoile est dans le champ de vision, mais qu on ne capte pas assez de lumière, on ne pourra pas la voir. Il faut donc capter plus de lumière en augmentant la taille de l objectif. Il faut une lentille ou un miroir aussi grand que possible et qui ne se déforme pas. Il est plus facile de fabriquer un grand miroir indéformable. Les astronomes utilisent surtout de grands télescopes. prisme image complètement renversée Les jumelles Les jumelles sont en fait deux lunettes astronomiques basées sur le concept de Kepler. Les deux yeux voient donc la même image. Il y a deux prismes qui utilisent la réflexion totale dans chaque lunette. La réflexion dans les prismes rallonge le chemin de la lumière, ce qui permet un meilleur grossissement. Comme la lunette de Kepler forme une image renversée, les prismes renversent aussi l image. On voit ainsi une image droite dans l oculaire. La figure 12.19 montre les réflexions successives de l image (la lettre ) et comment elle est renversée. 504 Module 4 L optique géométrique et la lumière

Les microscopes Un microscope permet de grossir un spécimen minuscule. Les Hollandais Johannes et Zacharias Jansen ont inventé le microscope en 1590. À cette époque, on étudiait des spécimens végétaux et animaux avec les microscopes. On les utilise aujourd hui pour beaucoup d autres usages, comme l étude des cellules humaines et animales et des minéraux. On utilise aussi les microscopes en médecine pour étudier les maladies et pour les autopsies. Le diagramme de rayons pour les microscopes Tu as probablement déjà utilisé un microscope comme celui de la figure 12.20. La figure 12.21 est un diagramme de rayons d un microscope qu on a tourné de 90º pour le rendre horizontal. Il montre le chemin des rayons lumineux depuis le spécimen jusqu à l œil. Les rayons (en rouge) partent du spécimen et sont réfractés par l objectif, qui forme une image réelle renversée du spécimen. Cette image se trouve entre l objectif et l oculaire. L oculaire réfracte les rayons (en vert) de l image. Il forme ainsi l image virtuelle renversée finale. objectif image réelle formée par l objectif oculaire oculaire objectif igure 12.20 Tu as probablement déjà utilisé un microscope optique. axe optique spécimen image virtuelle formée par l oculaire 1 2 axe optique 1 2 igure 12.21 L objectif d un microscope forme une image qui devient l objet pour l oculaire. Outils d apprentissage Liens avec les connaissances antérieures Quels liens peux-tu faire entre tes connaissances antérieures et les microscopes? Tu peux montrer ces liens avec un diagramme hiérarchique. Vérifie tes connaissances 1. Les lunettes astronomiques avaient un défaut qui dérangeait Newton. Quel était le problème? Comment l a-t-il réglé? 2. Compare la lunette astronomique avec le télescope à l aide d un diagramme de Venn. 3. Pourquoi les astronomes utilisent-ils des télescopes plutôt que des lunettes astronomiques? 4. On associe souvent les lunettes astronomiques et les télescopes à l observation des étoiles et des planètes. Décris une de leurs applications pratiques pour l observation d objets sur la Terre. Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications 505

La vision et l œil humain Les yeux d un calmar colossal (figure 12.22) sont semblables aux yeux humains, sauf pour leur taille. Selon les scientifiques, leur yeux pourraient avoir un diamètre de 40 cm. Ils seraient donc plus gros qu un ballon de soccer, ou environ cent fois plus gros que les yeux humains. Le calmar colossal vit dans les océans autour de l Antarctique, à des profondeurs d au moins 1 000 m où il y a très peu de lumière. Un œil humain n y verrait rien. L œil énorme du calmar peut capter beaucoup plus de lumière et ainsi voir ses proies. Il y a aussi des organes lumineux sur ses yeux qui produisent de la lumière par bioluminescence. igure 12.22 Les yeux du calmar colossal sont cent fois plus gros que les yeux humains. cornée Tissu qui forme une structure transparente et incurvée à l avant de l œil. Elle réfracte la lumière qui entre dans l œil. rétine Couche de bâtonnets et de cônes qui réagissent à la lumière et déclenchent des impulsions nerveuses. Les bâtonnets sont très sensibles à la lumière, mais ne distinguent pas les couleurs contrairement aux cônes. L œil humain La vision humaine est merveilleuse. Nous pouvons voir clairement des objets à diverses distances, enregistrer des images et détecter de subtils changements de couleur et d intensité. La mise au point se fait à l avant de l œil. Tout le reste se fait à l arrière de l œil et dans le cerveau. La figure 12.23 décrit certaines caractéristiques de l œil humain. La cornée et la rétine sont deux parties importantes de l œil. La cornée est le tissu situé à l avant de l œil. Elle réfracte d abord la lumière qui entre dans l œil. La rétine est une couche de cellules qui réagissent à la lumière en déclenchant des impulsions nerveuses. L iris est le tissu coloré autour de la pupille. Il peut augmenter ou diminuer la taille de la pupille. Il règle ainsi la quantité de lumière qui entre dans l œil. La rétine est une couche de cellules qui réagissent à la lumière. La cornée est une structure transparente et incurvée à l avant de l œil. rayons de lumière qui proviennent de l objet image réelle formée sur la rétine La pupille est une ouverture par laquelle la lumière entre dans l œil. igure 12.23 La cornée et le cristallin réfractent la lumière qui entre dans l œil et font la mise au point des images sur la rétine. La cornée cause plus de réfraction que le cristallin. cristallin (une lentille) muscles ciliaires Comment l œil humain fait-il la mise au point Le nerf optique transporte les informations de l œil au cerveau. Tu as étudié les lentilles et tu sais que si tu déplaces un objet, son image se déplace. La distance entre la rétine et le cristallin est toujours la même. La cornée réfracte la lumière, mais cette réfraction ne dépend pas de la position de l objet. Le cristallin de ton oeil agit comme une lentille : comme il peut changer de forme, il peut réfracter plus ou moins la lumière et faire la mise au point, sur la rétine, d objets plus ou moins loin. Les muscles ciliaires raccourcissent et épaississent le cristallin. 506 Module 4 L optique géométrique et la lumière

Le cristallin peut changer de forme Quand le cristallin change de forme, il modifie sa distance focale (figure 12.24). Quand l œil doit faire la mise au point sur un objet proche, sa courbure doit être plus grande pour permettre la mise au point de l image sur la rétine. A cornée cristallin lumière qui provient d un objet loin rétine B lumière qui provient d un objet proche igure 12.24 En A, le cristallin d un œil normal est relâché. Il forme une image nette d un objet éloigné sur la rétine. En B, les muscles ciliaires raccourcissent et épaississent le cristallin. Cela permet la mise au point sur des objets proches. L œil et l appareil photo La structure d un appareil photo ressemble beaucoup à celle de l œil (figure 12.25). Ils ont tous les deux un objectif qui forme des images nettes sur une matière sensible à la lumière. Le cristallin de l œil change de forme pour faire la mise au point sur des objets à différentes distances. Pour faire la mise au point avec un appareil photo, on avance ou on recule l objectif. Dans l appareil, la matière sensible à la lumière est une pellicule, ou un capteur CCD ou CMOS. Dans l œil, c est la rétine. Le diaphragme règle la quantité de lumière qui entre dans l appareil, la pupille, celle qui entre dans l œil. Les lentilles permettent de corriger la vision Certaines personnes ont une mauvaise vision à cause de la forme anormale de leur globe oculaire ou de leur cornée, ou du durcissement de leur cristallin. On peut corriger ces problèmes avec des lunettes, des verres de contact ou une chirurgie au laser. Cette section présente quatre de ces problèmes. La myopie La myopie est une anomalie de l œil qui l empêche de faire la mise au point sur des objets éloignés (figure 12.26A). Des rayons lumineux parallèles arrivent d un objet éloigné. La cornée et le cristallin réfractent la lumière et font converger les rayons. Le globe oculaire est trop long dans le cas de la myopie. L image se forme donc devant la rétine, puis les rayons se séparent et atteignent la rétine où ils forment une image floue. Si on place une lentille divergente devant l œil (figure 12.26B), elle réfracte les rayons parallèles. Les rayons divergent et semblent venir d un objet proche de l œil. L œil forme alors une image nette sur la rétine. A lumière provenant d un objet éloigné B lentille divergente objectif iris pupille pellicule ou un capteur diaphragme CCD cristallin rétine igure 12.25 Les images dans l œil et dans l appareil photo sont renversées. Ton cerveau reçoit et traite cette image pour que tu la perçoives droite. myopie L œil ne peut pas faire la mise au point sur des objets éloignés. igure 12.26 Le globe oculaire est trop long. C est la cause de la myopie. L image est formée devant de la rétine et non sur la rétine A. On corrige la myopie avec des lentilles divergentes. On utilise des lunettes ou des verres de contact B. Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications 507

hypermétropie L œil ne peut pas faire la mise au point sur des objets proches. L hypermétropie L hypermétropie est une anomalie de l œil qui l empêche de faire la mise au point sur des objets proches. Des rayons proviennent d un objet proche (figure 12.27A). La cornée et le cristallin les réfractent, mais le globe oculaire est trop court. Les rayons atteignent la rétine avant de se rencontrer et l image est floue. Une personne hypermétrope ne peut pas lire le texte sur une page. On corrige l hypermétropie avec une lentille convergente qui dévie un peu les rayons et les rapproche avant la cornée (figure 12.27B). Le cristallin de l œil réfracte ensuite les rayons un peu plus et peut alors faire la mise au point sur la rétine. L image est nette. lentille convergente A lumière provenant d un objet proche B lentille convergente lumière prov d un objet pr Activité suggérée 12-B Réalise une expérience Évaluer sa vision (page 514) igure 12.27 A Le globe oculaire est trop court. La personne est hypermétrope. B On corrige l hypermétropie avec des lentilles convergentes. On utilise des lunettes ou des verres de contact. La chirurgie au laser pour corriger la vision Notre vision change avec le temps. La chirurgie oculaire au laser a révolutionné les soins des yeux. Elle peut améliorer la vision, mais elle n est pas sans risques. Les ophtalmologistes soignent les affections des yeux. Ils ont réussi à modifier la forme de la cornée avec des incisions dans les années 1950. Après cette opération, la cornée réfracte différemment la lumière. Mani Lal Bhaumik a inventé le laser à excimère (un laser ultraviolet), ce qui a amélioré les opérations. Le laser à excimère est maintenant un outil indispensable pour cette chirurgie, car il ne brûle pas de tissu : il le vaporise. Les risques et les avantages La chirurgie oculaire au laser donne le plus souvent de bons résultats. Elle ne convient pourtant pas à tout le monde. Toutes les chirurgies comportent des risques. Ceux de la chirurgie au laser sont, entre autres : des yeux secs ; une hypersensibilité à la lumière ; une mauvaise perception des contrastes ; une vision double ; des images dédoublées, des scintillements ou des halos autour des sources de lumière. On a amélioré la vision de milliers de personnes avec ces chirurgies. 508 Module 4 L optique géométrique et la lumière

La presbytie Quand une personne vieillit, ses cristallins deviennent plus rigides et ses muscles ciliaires ne peuvent plus modifier la forme de ses cristallins. Ce problème de vision est appelé la presbytie. Un globe oculaire trop long ou trop court cause la myopie ou l hypermétropie. La presbytie est un problème différent. Les personnes presbytes ne peuvent pas faire la mise au point sur des objets proches. Si une personne myope devient presbyte, elle ne peut alors plus faire la mise au point sur les objets lointains et proches. On corrige ce problème avec des lunettes bifocales (figure 12.28). Le verre des lunettes bifocales comprend deux lentilles. La lentille supérieure corrige la myopie et la petite lentille inférieure permet de faire la mise au point sur des objets proches. Il existe aussi des verres de contact bifocaux. presbytie Le cristallin devient plus rigide et les muscles ciliaires ne peuvent alors plus modifier sa forme. astigmatisme La forme anormale de la cornée cause une vision floue ou déformée. L astigmatisme L astigmatisme est une vision floue ou déformée. La forme de la cornée est alors souvent anormale, plus ovale que ronde. Une partie de l image peut être nette et le reste est flou. igure 12.28 La petite lentille en bas des verres corrige la vision de près, le reste corrige la vision de loin. Certaines personnes voient la chirurgie oculaire au laser comme une alternative aux lunettes ou aux verres de contact. Elles pourraient tout de même avoir besoin de lunettes pour lire après 40 ans, à cause de la presbytie. Une personne opérée après 40 ans aura plus de risques de voir des images parasites, des scintillements et des halos. On réalise rarement une chirurgie oculaire au laser sur une personne de moins de 18 ans, car les yeux doivent être stables depuis au moins deux ans pour une telle chirurgie. S il y a peu de lumière, des halos apparaissent. Les halos sont un des risques possibles de la chirurgie oculaire au laser. La chirurgie oculaire au laser Avant l opération, les ophtalmologistes étudient la forme et l épaisseur de la cornée pour déterminer les tissus à enlever. Lors d une chirurgie au laser usuelle : on découpe une mince couche de la cornée et on la tire sur le côté ; À ton tour 1. À ton avis, la chirurgie oculaire au laser a-t-elle plus d avantages que de risques? Justifie ta réponse. 2. Aimerais-tu travailler dans une clinique de chirurgie oculaire au laser? Pourquoi? 3. Interroge des personnes qui ont subi cette chirurgie. Que leur avait-on dit sur cette chirurgie et ses risques? on enlève une partie de la surface pour lui donner la forme désirée ; on replace la mince couche de cornée. Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications 509

Pour plus d information, demande à ton enseignante ou à ton enseignant de te guider vers des sites Internet appropriés. appareil de vision nocturne Appareil qui permet de voir avec très peu de lumière. Outils d apprentissage Utilisation d un organisateur graphique Un diagramme cause à effet permet de comprendre le fonctionnement d un appareil de vision nocturne. L amélioration de la vision humaine L œil humain peut s adapter à des intensités lumineuses très différentes. Toutefois, il y a des limites. Quand il y a très peu de lumière, l œil humain ne voit plus d image. Puisque nous avons des sources artificielles de lumière, le manque de lumière est rarement un problème. Parfois, il est utile de voir sans être vu. Quand il y a très peu de lumière, des appareils de vision nocturne permettent alors de voir. Les militaires, les forces de police et les personnes qui étudient la vie sauvage les utilisent. Les appareils de vision nocturne Tu as peut-être déjà vu des images comme celle de la figure 12.29A. C est ce que tu peux voir avec un appareil de vision nocturne. Ces appareils utilisent un tube intensificateur d image (figure 12.29B) et permettent de voir avec peu de lumière. Un objectif à l avant du tube forme une image avec la petite quantité de lumière disponible (points rouges ou photons) sur une plaque, la photocathode. Elle est sensible aux rayons infrarouges proches, dont les longueurs d onde sont légèrement supérieures à celles de la lumière rouge visible. Un point de la photocathode reçoit un peu de lumière (un point rouge) et émet un électron (point jaune). Derrière la photocathode, il y a une galette de microcanaux percée de millions de trous microscopiques. Le potentiel électrique de la galette attire les électrons qui entrent et heurtent les parois. Elles émettent d autres électrons à chaque collision. Il y en a environ mille fois plus à la sortie de la galette. Sur la plaque suivante, il y a une couche de phosphore. Une différence de potentiel attire les électrons sur cette plaque. Lorsqu ils entrent en collision avec le phosphore, il émet une lumière verte. Comme l œil humain est très sensible au vert, c est la couleur qui a été choisie. L oculaire forme une image de cette lumière verte qu on peut transférer sur un écran. Cet appareil amplifie suffisamment la lumière visible et les rayons infrarouges pour qu on puisse voir la nuit. A B objectif galette de microcanaux alimentation électrique haute tension plaque recouverte de phosphore photocathode oculaire igure 12.29 A On peut voir la nuit comme en plein jour avec un appareil de vision nocturne. B Les points rouges représentent la très petite quantité de lumière qui entre dans l appareil. Les points jaunes représentent les électrons. 510 Module 4 L optique géométrique et la lumière

Révision de la section 12.3 Résumé de la section Les lentilles ont plusieurs applications technologiques. Par exemple, les microscopes grossissent des spécimens. La cornée réfracte la lumière et le cristallin fait la mise au point de l image sur la rétine. Un globe oculaire trop long cause la myopie. Un globe oculaire trop court cause l hypermétropie. Le durcissement du cristallin cause la presbytie. On ne peut alors plus faire la mise au point sur des objets proches. Une cornée déformée (pas assez ronde) cause de l astigmatisme et la vision est floue. On peut corriger ces problèmes avec des lunettes, des verres de contact ou une chirurgie. L armée, la police et les personnes qui étudient la vie sauvage utilisent des appareils de vision nocturne. Questions de révision C 1. Compare la lunette astronomique et le microscope à l aide d un diagramme de Venn. HP 2. Compare la lentille liquide de la figure 12.1 et l œil humain de la figure 12.23 à l aide d un diagramme de Venn. Indique la position et la taille approximatives de l image de la mouche, par rapport à la mouche réelle. HP 3. Tu examines une mouche avec un microscope, comme sur le schéma à droite. Recopie ce schéma dans ton cahier et indique la taille et la position approximatives de l image de la mouche. Utilise la figure 12.21 comme référence. MA 4. Décris deux applications des lentilles utiles à la société. CC 5. La distance entre le cristallin et la rétine de l œil humain ne change pas. Comment le cristallin peut-il faire la mise au point pour des objets proches et lointains? CC 6. Le diaphragme, la pellicule ou le capteur CCD et la bague qui fait avancer et reculer l objectif sont des composants d un appareil photo. Explique leur fonction et nomme la partie de l œil qui effectue une fonction semblable. C 7. Explique l amplification de la lumière dans les appareils de vision nocturne. Inclus un schéma simple. HP 8. Ce schéma montre deux yeux. La vision est bonne pour un œil et mauvaise pour l autre. Lequel? Justifie ta réponse. Quel est le problème de vision de cet œil? Comment peut-on le corriger? A B Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications 511

12-A Réalise une expérience Habiletés Planification Expérimentation, recherche et résolution de problèmes Analyse et interprétation Communication Consignes de sécurité ais très attention avec la chandelle. Éloigne-la des matériaux inflammables comme le papier. Si tu as les cheveux longs, attache-les. Matériel un écran dans un support un rail optique métrique des supports une source de lumière dans un support une lentille convergente dans un support Outils de science Consulte la section Outils de science 2 pour savoir comment faire des prédictions pour une expérience scientifique. Les caractéristiques des images formées par une lentille convergente Dans cette expérience, tu vas prédire la position et les caractéristiques des images formées par une lentille convergente. Tu vérifieras ensuite tes prédictions. Question Comment peut-on prédire les caractéristiques de l image formée par une lentille convergente avec l équation des lentilles minces? Prédictions On place un objet devant une lentille convergente. Prédis les caractéristiques de l image avec un diagramme de rayons si la distance objet est égale à : a. plus de deux fois la distance focale de la lentille (2,5f) b. deux distances focales de la lentille (2,0f) c. une fois et demie la distance focale de la lentille (1,5f) d. la distance focale de la lentille (f) e. une demi-distance focale de la lentille (0,5f) Prédis la hauteur de l image (plus grande ou plus petite), son orientation (droite ou renversée) et son type (réelle ou virtuelle). Marche à suivre 1. Recopie ces tableaux dans ton cahier ou utilise un tableur. Données pour l expérience sur la lentille convergente distance focale, f (cm) (I) cm (II) cm (III) moyenne cm Résultats expérimentaux Distance objet (d o ) (cm) 1_ d o (1 cm) Distance image (d i ) (cm) 1_ d i (cm -1 ) 1_ f = _ 1 + _ 1 d i d o (cm -1 ) Distance focale (f) (cm) Caractéristiques de l image 2,5f = 2,0f = 1,5f = f = 0,5f = 512 Module 4 L optique géométrique et la lumière

2. Monte l écran, le rail optique, la source de lumière et la lentille convergente comme ceci. d o 3. Place la source de lumière au bout du rail et l écran à l autre bout. Tu dois obtenir une image nette de la source de lumière (l objet) sur l écran. Déplace la lentille pour que la distance image, d i, soit égale à la distance focale. Note cette valeur en i) dans ton premier tableau. 4. Tourne la lentille. Refais l étape 3. Note cette valeur en ii). (La différence entre les deux mesures doit être inférieure à 0,5 cm.) Calcule la distance focale moyenne et note cette valeur en iii). 5. Calcule ces distances objet (d o ) : 2,5f, 2,0f, 1,5f, f et 0,5f. (Utilise la distance focale moyenne). Note ces distances dans ton deuxième tableau. 6. Place l objet (la source de lumière) pour que d o = 2,5f. Déplace l écran pour obtenir une image nette de l objet sur l écran. Note d i dans ton tableau. Note les caractéristiques de l image. Est-elle droite ou renversée? Plus grosse ou plus petite que l objet? 7. Refais l étape 6 pour d o = 2,0f et d o = 1,5f. 8. Place la source de lumière aux distances d o = f et d o = 0,5f. Note les caractéristiques de l image. Ne mesure pas la distance image, d i. Analyse et interprétation 1. L équation des lentilles minces est 1 _ f = 1 _ d i + 1 _ d o. a. Quand la valeur de d o est très grande, qu arrive-t-il à la valeur de 1 _ d o? d i b. Quand d o est très grande, quelle valeur l équation des lentilles minces donne-t-elle pour _ 1? f 2. Reprends l équation de la question 1. a. Calcule la distance focale de la lentille pour les valeurs de d o et de d i des deux premières lignes de ton tableau. b. Compare ces valeurs à la distance focale moyenne estimée aux étapes 3 et 4. 3. Quelle est la position de l objet qui a donné une image grossie? 4. Quelle est la position de l objet qui a donné une image virtuelle? 5. Y a-t-il des différences entre tes résultats expérimentaux et tes prédictions? Pourquoi? Conclusion et communication 6. Un objet part de très loin, se rapproche de la lentille et s arrête juste avant le foyer. a. Comment la position de l image changet-elle? b. Comment la taille de l image change-t-elle? 7. Dans les images que tu as produites, pour quelles positions : a. l image était-elle droite? b. l image était-elle renversée? 8. Tu as placé l objet à diverses positions (2,5f, 2f, 1,5f, f et 0,5f). Dans quelle position la lentille fonctionne-t-elle comme une loupe? Explique. Amélioration des habiletés d enquête et de recherche 9. Enquêter Si tu couvres une partie de la lentille, quel sera l effet sur l image? ais une prédiction et vérifie-la. Explique tes observations. 10. Effectuer une recherche ais une recherche sur l histoire des lunettes. Écris un rapport. Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications 513

12-B Réalise une expérience Habiletés Planification Expérimentation, recherche et résolution de problèmes Analyse et interprétation Communication Consignes de sécurité Rien ne doit toucher tes yeux. Matériel un ruban à mesurer souple une feuille de papier Évaluer sa vision Dans cette expérience, tu vas évaluer ta vision, évaluer ton astigmatisme, mesurer le punctum proximum de tes yeux et estimer la taille de la tache aveugle de tes yeux. Si un objet est trop près de tes yeux, tu ne peux pas le voir nettement. Il y a une distance minimale, le punctum proximum. Le nerf optique est raccordé à l œil. Il n y a pas de cellules sensibles à la lumière dans la zone de raccord, la tache aveugle. Si un petit objet se trouve dans le champ de vision de la tache aveugle, tu ne peux pas le voir. Si tu portes des lunettes ou des verres de contact, enlève-les pour évaluer ta vision. Marche à suivre Partie 1 Évalue ton astigmatisme 1. erme un œil et regarde ce schéma. Si certaines lignes semblent plus floues ou plus sombres, cet œil est peut-être astigmate. Évalue ton astigmatisme avec ce schéma. 2. erme l autre œil et refais l étape 1. Partie 2 Mesure ton punctum proximum 3. Regarde le texte sur cette page. Approche tes yeux aussi près que possible pour que le texte soit toujours net. Une ou un autre élève estimera la distance entre tes yeux et la page avec un ruban à mesurer souple en mesurant la distance entre la page et un côté de tes yeux. Cette distance est ton punctum proximum. Note cette valeur dans ton cahier. 514 Module 4 L optique géométrique et la lumière

Partie 3 Estime la taille de ta tache aveugle 4. erme un œil. Regarde le X au bas de la page. 5. Tiens la page près de tes yeux. Éloigne lentement la page de tes yeux. Arrête aussitôt que tu ne le vois plus. Tu traceras les limites de la tache aveugle d un œil sur une feuille de papier aux étapes suivantes. 6. ais un petit X au centre d une feuille de papier. Une ou un autre élève tiendra la feuille à 40 cm de tes yeux. 7. erme un œil et fixe le X. Éloigne lentement la pointe de ton crayon du X. Lorsque tu ne verras plus la pointe du crayon, fais un point sur la feuille à cet endroit. 8. Refais l étape 7. Déplace ton crayon dans d autres directions pour trouver les limites de ta tache aveugle. 9. La tache aveugle est généralement plus haute que large. Si tu regardes à 40 cm de ton œil, la taille de l image sur ta rétine est environ 0,044 fois la taille de l objet que tu vois. Il y a une zone que tu ne peux pas voir. Tu en connais maintenant la taille, tu peux donc calculer la taille de la tache aveugle. a. Mesure la hauteur et la largeur maximales de la tache aveugle sur la feuille. b. Estime les dimensions de ta tache aveugle. Multiplie ces valeurs par 0,044. Analyse et interprétation 1. Quelle est ta mesure du punctum proximum? 2. Quelles sont les dimensions de ta tache aveugle? Montre tes calculs. Conclusion et communication 3. Une cornée ou un cristallin non sphériques causent la vision floue caractéristique de l astigmatisme. Pourquoi? 4. Les muscles de l œil modifient la courbure du cristallin. Si tu regardes au punctum proximum, le cristallin est-il relativement épais ou mince? Justifie ta réponse. Amélioration des habiletés d enquête et de recherche 5. Enquêter Examine une paire de lunettes bifocales. Il faut bouger les yeux vers le haut et le bas pour voir correctement avec ces lunettes. Déduis pourquoi. 6. Effectuer une recherche ais une recherche sur l astigmatisme. a. Quelles sont les solutions pour corriger l astigmatisme? b. Si tu étais astigmate, quelle solution choisirais-tu? Évalue les risques et les avantages de chaque solution. Pour l étape 4 Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications 515

12-C Réalise une expérience Habiletés Planification Expérimentation, recherche et résolution de problèmes Analyse et interprétation Communication abriquer une lunette astronomique simple Dans cette expérience, tu vas fabriquer deux lunettes simples. Tu vas utiliser les mêmes principes que Galilée et Kepler. Question Quelles sont les ressemblances et les différences entre les lunettes de Galilée et de Kepler? Consignes de sécurité Ne dirige pas les lentilles vers le Soleil. Matériel une grande lentille convergente avec une grande distance focale une petite lentille divergente avec une petite distance focale une petite lentille convergente avec une petite distance focale Marche à suivre 1. Choisis un objet comme une fenêtre éclairée éloignée ou un bâtiment bien éclairé. Tiens la petite lentille divergente très près de tes yeux. C est l oculaire de ta lunette. 2. La grande lentille convergente est l objectif. Tiens-le près de l oculaire. La lumière qui vient de l objet traverse l objectif et l oculaire. 3. Regarde à travers les deux lentilles. Éloigne lentement l objectif de l oculaire dans la direction de l objet. Tu verras finalement une image dans l oculaire. L objectif et l oculaire sont alors à la bonne distance. Décris les caractéristiques de l image formée par la «lunette de Galilée». 4. Utilise maintenant la petite lentille convergente comme oculaire et la grande comme objectif. 5. Refais les étapes 2 et 3. Décris les caractéristiques de l image formée par la «lunette de Kepler». objectif oculaire disposition des lentilles dans une lunette de Galilée (Cette illustration n est pas à l échelle.) Analyse et interprétation 1. Compare l image formée par la lunette de Galilée avec celle formée par la lunette de Kepler. 2. Comment la netteté de l image change-t-elle lorsque le grossissement augmente? Conclusion et communication 3. Compare les lunettes de Galilée et de Kepler avec un organisateur graphique de ton choix. Amélioration des habiletés d enquête et de recherche 4. Enquêter Utilise des oculaires avec des distances focales différentes pour étudier la relation entre la distance focale de l oculaire et le grossissement de la lunette. 516 Module 4 L optique géométrique et la lumière

Résumé du chapitre 12 12.1 Les caractéristiques des lentilles Ce que tu as appris Les lentilles sont convergentes ou divergentes. Ces deux catégories réfractent différemment les rayons lumineux parallèles. Les lentilles convergentes ont une ou deux faces convexes. Elles sont plus épaisses au centre qu au bord. Les lentilles divergentes ont une ou deux faces concaves. Elles sont plus minces au centre qu au bord. Quand des rayons parallèles à l axe optique traversent une lentille convergente, ils se rencontrent tous au foyer. Quand les mêmes rayons traversent une lentille divergente. Ils semblent tous provenir du foyer. Les rayons parallèles à l axe optique d une lentille épaisse et loin de cet axe ne sont pas réfractés vers le foyer. C est l aberration sphérique. L indice de réfraction d une lentille change avec la couleur. Les diverses couleurs ont donc des foyers différents. C est l aberration chromatique. 12.2 Les images formées par les lentilles Ce que tu as appris Avec des diagrammes de rayons, on peut déterminer les caractéristiques des images formées par des lentilles. L image est virtuelle, droite et plus grande que l objet quand l objet est entre une lentille convergente et le foyer. L image est réelle et renversée quand l objet est plus loin d une lentille convergente que le foyer. Quand une image est formée par une lentille divergente, elle est toujours droite, virtuelle, plus petite que l objet et du même côté que l objet. Avec la distance focale de la lentille, la hauteur et la position de l objet, on peut calculer les caractéristiques de l image avec des équations algébriques. 12.3 Les applications des lentilles et l œil humain Ce que tu as appris Les lentilles ont plusieurs applications technologiques. Par exemple, les microscopes grossissent des spécimens. La cornée réfracte la lumière et le cristallin fait la mise au point de l image sur la rétine. Un globe oculaire trop long cause la myopie. Un globe oculaire trop court cause l hypermétropie. Le durcissement du cristallin cause la presbytie. On ne peut alors plus faire la mise au point sur des objets proches. Une cornée déformée (pas assez ronde) cause l astigmatisme et la vision est alors floue. On peut corriger ces problèmes avec des lunettes, des verres de contact ou une chirurgie. L armée, la police et les personnes qui étudient la vie sauvage utilisent des appareils de vision nocturne. Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications 517

Révision du chapitre 12 Ton résumé À l aide d un organisateur graphique, résume ce que tu as appris dans ce chapitre. Le résumé du chapitre de la page précédente t aidera à déterminer les idées importantes. Consulte la section Outils d apprentissage 4, aux pages 565 et 566, afin de choisir un type d organisateur graphique. Révision des mots clés Associe chaque mot clé à sa définition. a. aberration chromatique e. presbyte b. divergente f. télescope c. oculaire g. rétine d. hypermétrope 1. Une lentille est plus mince au centre qu au bord. (12.1) 2. Tu observes un spécimen au microscope. Tu regardes dans l. (12.3) 3. Un comporte des miroirs et des lentilles. (12.3) 4. L était un problème des lunettes de Galilée et de Kepler. (12.3) 5. La partie de l œil qui est sensible à la lumière est la. (12.3) 6. Une personne devient presque toujours vers 40 ou 50 ans. (12.3) 7. Si les yeux d une personne ne peuvent pas faire la mise au point sur des objets proches, cette personne est. (12.3) Connaissance et compréhension 8. Quel type de lentilles réfracte des rayons parallèles vers un même point? 9. Des rayons parallèles atteignent obliquement la surface d un morceau de verre plat. Que leur arrive-t-il? 10. Les lentilles ont deux foyers. Les miroirs en ont seulement un. Pourquoi? CC 11. Quels sont les deux facteurs qui déterminent la distance focale d une lentille? 12. Définis «aberration chromatique». 13. Un type de lentilles peut produire une image droite, virtuelle et plus grande que l objet. Quel est ce type de lentilles? Où l objet doit-il être? 14. Il y a des règles pour tracer des diagrammes de rayons et des équations algébriques pour des lentilles. Ces règles et ces équations sont valables uniquement pour les lentilles minces. Explique pourquoi. 15. Ces deux questions portent sur les lunettes astronomiques. a. Pourquoi la lunette de Kepler était-elle meilleure que la lunette de Galilée? b. Nomme un des inconvénients de la lunette de Kepler. 16. Recopie ce tableau dans ton cahier. On place un objet devant une lentille divergente qui réfracte les rayons incidents. Décris les rayons réfractés. Justifie ta description. Diagramme de rayons pour les lentilles divergentes Rayon incident a. Le rayon incident est parallèle à l axe optique. Il atteint la lentille divergente. b. Le rayon incident arrive au centre de la lentille. c. Le rayon se dirige vers le foyer de l autre côté de la lentille. Rayon réfracté Justification 17. Une personne se trouve dans un bâtiment vide où il n y a absolument pas de lumière. Elle a un appareil de vision nocturne. Peut-elle voir avec cet appareil? Justifie ta réponse. 518 Module 4 L optique géométrique et la lumière

Habiletés de la pensée HP 18. Recopie ces schémas. Trace le diagramme de rayons pour chaque objet. Décris les quatre caractéristiques de chaque image. A 19. Un appareil photo à sténopé est une boîte dont une des faces comporte un petit trou. Une image se forme sur la face opposée. Il n y a pas de lentille dans le trou, mais l image sur l écran est nette. Explique pourquoi il est possible d obtenir une image nette sans lentille avec juste un trou minuscule. Utilise un diagramme de rayons. 2 image formée sur l écran à l intérieur de la boîte B 2 20. Le diaphragme des appareils photo jetables est très fermé pour réduire l aberration sphérique. Explique pourquoi. C D 2 2 Communication C 21. Trace le diagramme de rayons pour un œil hypermétrope. Explique le problème. IDÉE 22. On utilise certaines caractéristiques et certaines propriétés de la lumière grâce aux miroirs et aux lentilles dans beaucoup d applications. Choisis un exemple dans ce chapitre. Comment peut-on utiliser les lentilles au profit de la société? IDÉE CLÉ 23. La société a profité de la mise au point de beaucoup d appareils et de technologies optiques. Choisis un appareil optique dans ce chapitre. Explique comment la société en a profité. CLÉ Mise en application MA 24. À ton avis, quels sont les avantages des verres de contact par rapport aux lunettes? 25. Décris trois situations où des appareils de vision nocturne sont utiles. 26. Suppose que tu es optométriste. Explique les avantages et les inconvénients des lunettes bifocales à une personne de plus de 50 ans. Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications 519