Partie 2 : La vision
Chapitre 2 : les lentilles 1/ Rappels sur la lumière
a/ La lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène (pareil partout), transparent (qui n’absorbe pas) et isotrope (identique toutes les directions de l’espace)
b /On modélise la lumière par un rayon lumineux : c’est une droite fléchée pour indiquer le sens de propagation de la lumière.
En général, sur les schémas ou dessins, la source de lumière est placée à gauche de la feuille et les rayons se propagent vers la droite.
2/ Les 2 types de lentilles
A/ Différences et définition
Définition : On appelle lentille un milieu transparent homogène limité par deux surfaces sphériques
ou par une surface sphérique et un plan.
On distingue des lentilles convergentes et divergentes.
Lentille convergente Lentille divergente Aspect (vue en coupe)
Forme Bords minces, centre épais Bords épais, centre mince Symbole
Observation d’un texte à travers
Le texte est agrandi. Si on éloigne la lentille, il apparaît flou et à
l’envers. Le texte est rétréci
Effet sur des rayons lumineux parallèles
Les rayons convergents en un point F’ juste après la lentille
Les rayons divergent juste après la lentille
Peut jouer le rôle de
loupe OUI NON
B/ Vocabulaire sur la lentille
Remarques :
Pour une lentille divergente, F’ et F sont inversés.
F’ est symétrique de F par rapport à O : OF’ = - OF
Une lentille est caractérisée par sa distance focale f’ qui est soit positive ou soit négative :
Distance focale = f’ = OF’
C’est une distance algébrique : Si on va dans le sens de propagation du rayon lumineux, la distance est positive. Sinon, elle est négative.
Axe optique.
Foyer image F’
Centre optique O Sens de
la marche
Foyer objet F
O
F’F
Distance focale f’
F’
L’axe qui passe par le centre de la lentille et perpendiculaire à celle-ci est appelé axe optique.
Enfin, le centre de la lentille est appelé centre optique O.
Application : Comment mesurer la distance focale d’une lentille convergente ?
Pour déterminer la distance focale d’une lentille, il faut éclairer cette lentille par une source générant des rayons parallèles (source éloignée comme le soleil ou le néon de la salle). On cherche alors l’endroit où les rayons vont se rencontrer en un point. L’écran est alors placé au foyer de la lentille. La distance lentille-écran nous donne la valeur de la distance focale f’.
Remarque : Une source est considérée comme éloignée si elle est à
quelques mètres de la lentille. Dans ce cas, les rayons arrivent quasi-parallèllement.
C/ Vergence C, grandissement
Pour quantifier le pouvoir convergent d’une lentille, les scientifiques ont inventé la vergence C. C’est la grandeur utilisée par les ophtalmologistes.
Définition de la vergence C :
C’est l’inverse de la distance focale f’ :
C = =
C est exprimée en dioptries δ et f’ en mDéfinition du grandissement γ :
C’est le rapport de la taille de l’image sur la taille de l’objet.
= A ’ B ’ AB
Applications:
1/ Calculer la distance focale f’ d’une lentille de 50
δ
f’=1/C=1/50 = 0,02 m = 2 cm
2/ Calculer la distance focale f’ d’une lentille de 5 δ.
f’=1/C=1/5 = 0,2 m = 20 cm
3/ Quelle lentille est la plus convergente ?
C’est la lentille qui a la plus grande vergence et la plus petite distance focale. Celle de 50 δ D/ Effet de la forme sur la distance focale f’
Conclusion : Plus la lentille est bombée, plus la lentille est convergente.
3/ Construction d’images à partir d’une lentille convergente
A/ Règles à respecter pour le tracé
Règle n°1 : Tout rayon qui arrive sur la lentille parallèlement à l’axe optique converge en passant par le foyer image F’.
Règle n°2 : Tout rayon passant par le centre optique O de la lentille n’est pas dévié.
Règle n°3 : Tout rayon qui passe par le foyer F émerge de la lentille parallèlement à l’axe optique.
B/ Cas n°1 : Objet situé à une distance d supérieure à f’ (utilisation « PROJECTEUR »)
On qualifie les images obtenues :
Image réelle : Image réellement obtenue sur un écran.
Image virtuelle : Image qui n’est pas projetée sur un écran mais qui visible à l’œil nu.
Image agrandie, rétrécie : Si l’image obtenue sur l’écran est plus grande ou plus petite.
Image renversée ou droite : Si l’image obtenue est inversée ou dans le même sens que l’objet.
Conclusion : Quand la lentille se trouve à une distance supérieure à la distance focale, il se forme
une image renversée et agrandie de l’objet sur l’écran.
Construis les images A’B’ des objets suivants :
Marche des trois rayons particuliers
F’
A O
O
B
O
Grandissement :
= A’B’ / AB =
-3/2 = -1,5
F
A F’
B
A’
B’
O
Grandissement :
= A’B’ / AB =-5/2 = -2,5
B’
O
A’
O
Application : Dessine l’image de l’enfant à travers la lentille :
A F’
B
A’
B’
O
F’
A B
A’
B’
O
F’
A B
A’
B’
O
Grandissement :
= A’B’ / AB =-5/4 =-1,25
Grandissement :
= A’B’ / AB = -5/2 = -2,5
Grandissement :
= A’B’ / AB = -2/4 = -0,5
C/ cas n°2 : Objet situé à une distance d inférieure à la distance focale f’ (Utilisation LOUPE)
Trace les rayons lumineux permettant de retrouver l’image A’B’ de AB.
Conclusion : Quand la lentille se trouve à une distance inférieure à la distance focale, il ne se forme pas d’image sur l’écran. L’image A’B’ s’observe directement en plaçant l’œil derrière la lentille. Elle est droite et agrandie. C’est le « fonctionnement loupe ».
Conclusion : Quand la lentille se trouve à une distance inférieure à la distance focale, il ne se forme pas d’image sur l’écran. L’image A’B’ s’observe directement en plaçant l’œil derrière la lentille. Elle est droite et agrandie. C’est le « fonctionnement loupe ».
F’
A O
O
B F’
OF’
A B A’
B’ O
Grandissement :
= A’B’ / AB = 4/2 = 2
