Les lentilles minces
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• distinguer objets et images réels ou virtuels ;
• classer les lentilles en convergentes et divergentes ;
• définir le centre optique, les foyers, les plans focaux, la distance focale et la vergence ;
• énoncer les conditions de Gauss.
Situation
Une loupe, un appareil photo, des lunettes, un projecteur : tous contiennent des lentilles. Comment une lentille dévie-t-elle la lumière pour former une image ?
1. Systèmes optiques, objets et images
Un système optique est un ensemble de milieux transparents séparés par des surfaces polies : loupe, objectif, jumelles, prisme…
Si les rayons issus d'un point A ressortent du système en passant tous par un même point A', A' est l'image de A ; A et A' sont conjugués. D'après le retour inverse de la lumière, A serait l'image de A' si la lumière allait en sens inverse.
Réel ou virtuel
| Réel | Virtuel | |
|---|---|---|
| Point objet | point de départ effectif des rayons qui arrivent sur le système | point de concours des prolongements des rayons incidents |
| Point image | point de concours effectif des rayons émergents | point de concours des prolongements des rayons émergents |
Une image réelle se recueille sur un écran ; une image virtuelle se voit en regardant à travers le système, mais ne se forme pas sur un écran.
2. Lentilles convergentes et divergentes
Une lentille sphérique est un milieu transparent limité par deux faces dont l'une au moins est sphérique (l'autre peut être plane). Elle est mince si son épaisseur au centre est petite devant les rayons de courbure de ses faces.
Deux familles de lentilles
- Les lentilles à bords minces (plus épaisses au centre) sont convergentes : biconvexe, plan-convexe, ménisque convergent. Symbole : un trait avec des flèches vers l'extérieur.
- Les lentilles à bords épais (plus minces au centre) sont divergentes : biconcave, plan-concave, ménisque divergent. Symbole : flèches vers l'intérieur.
3. Centre optique et foyers
- Tout rayon passant par le centre optique O n'est pas dévié.
- L'axe optique principal passe par O et par les centres de courbure des faces ; toute autre droite passant par O est un axe secondaire.
Foyer image principal F' : un faisceau parallèle à l'axe principal converge en F' (lentille convergente) ou semble diverger de F' (lentille divergente).
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