Lentille
Lentilles
En optique géométrique, la lumière est représentée comme un faisceau de rayons (flèches), ce qui simplifie les propriétés physiques de la lumière. Un rayon a une direction et est donc dessiné avec une flèche. Une lentille "réfracte" le faisceau, changeant sa direction.
La distance focale d'une lentille correspond à la distance entre la lentille et le plan focal sur lequel se trouve le point focal. Elle est donnée en millimètres (f = mm).
Lentilles convergentes (positives) et divergentes (négatives)
Les lentilles convergentes réfractent les rayons lumineux se déplaçant parallèlement à l'axe optique en un point appelé le point focal.
Les lentilles divergentes réfractent les rayons lumineux se déplaçant parallèlement à l'axe optique comme s'ils provenaient d'un point appelé le foyer "virtuel".
Les lentilles “réfractent” les rayons lumineux
Vous pouvez trouver la distance focale de la lentille comme un numéro imprimé sur le support de lentille. La MiniBOX contient une lentille convergente de 100 mm, deux lentilles convergentes de 40 mm et une lentille négative de -50 mm. Les numéros indiquent la distance focale.
La lentille convergente est également appelée lentille positive ou convexe. La partie centrale de la lentille est toujours plus épaisse que le bord.
La lentille négative (lentille divergente) est parfois aussi appelée lentille négative ou concave. La partie centrale de la lentille est toujours plus fine que le bord.
Nous supposons que nos lentilles sont des "lentilles minces". Cela signifie que nous pouvons les considérer comme un plan unique sans nous soucier de leur épaisseur. Cela rend les explications et les calculs beaucoup plus simples.
Image de la lentille
Prenez maintenant les cubes de lentilles. Avec la bonne lentille, essayez de déchiffrer les informations sur la distance focale dans les cubes montrés. Déplacez la lentille sur l'écriture jusqu'à ce qu'elle soit de la même taille que le texte "UC2".
Image d'un objet à travers une lentille positive
Prenons la lentille convergente comme exemple. Nous commençons par un objet (flèche verte) et voyons ce qui arrive aux rayons qui partent du sommet. Il y a une infinité de rayons dans toutes les directions, mais pour dessiner la figure, les trois rayons suivants suffiront :
- Le rayon central (orange) passe sans être perturbé par le centre de la lentille.
- Le rayon focal (jaune) commence également à partir de la pointe de la flèche, mais passe par le foyer côté objet à une distance focale f. Après la lentille, il continue à la même hauteur, mais maintenant parallèlement à l'axe optique.
- Le rayon parallèle (rouge) se déplace d'abord parallèlement à l'axe optique, mais est ensuite réfracté à la lentille de manière à passer par le point focal côté image à une distance focale f.
L'image se forme là où tous les rayons se croisent. Le principe est utilisé pour tous les points ou les rayons d'un objet émanant d'eux. Selon la lentille utilisée et selon la position de l'objet, les propriétés de l'image changent, telles que la taille, l'orientation et la position.
Image d'un objet à travers une lentille négative
Dans le cas de la lentille négative, nous utilisons la même méthode pour imager le chemin des rayons. Contrairement au cas de la lentille convergente, l'image est toujours réduite et virtuelle. Le grossissement dépend de la position de l'objet devant la lentille. Contrairement à la lentille convergente, l'image est créée du côté objet et est donc appelée une image virtuelle. Vous pouvez la voir directement avec vos yeux, mais ne pas la projeter sur un écran.
La lentille convergente comme loupe
Prenez le cube de lentilles UC2 avec une distance focale f = 40 mm et utilisez-le comme une loupe.
Une lentille en action peut être trouvée ici :
Ce que font les lentilles convergentes
Avec les lentilles convergentes, l'image et le grossissement dépendent de la position de l'objet.
Si la distance entre l'objet et la lentille est supérieure à deux fois la distance focale de la lentille, alors l'image est...
- Inversée
- Côté opposé
- Réduite
- Réelle
Si la distance entre l'objet et la lentille est exactement deux fois la distance focale de la lentille, alors l'image est...
- Inversée
- Côté opposé
- Même taille
- Réelle
Si la distance entre l'objet et la lentille est supérieure à la distance focale et inférieure à deux fois la distance focale de la lentille, alors l'image est...
- Inversée
- Côté opposé
- Agrandie
- Réelle
Distance de l'objet (g)
La distance entre l'objet et le plan de la lentille est appelée g.
Largeur de l'image (b)
La distance entre le plan de la lentille et l'image formée par la lentille est désignée comme b.
La lentille convergente peut produire une image réelle. L'image réelle peut ensuite être vue sur un écran.
Pourquoi la loupe agrandit-elle ?
Effet de loupe !
Si la distance entre l'objet et la lentille est inférieure à la distance focale de la lentille, alors l'image est...
- Droite
- Côté droit
- Agrandie
- Virtuelle
Calculez le grossissement de la loupe en utilisant la formule suivante :
250 mm est la distance de vision distincte - c'est-à-dire la distance entre l'objet et l'œil à laquelle la plupart des gens peuvent bien lire. Plus d'informations à ce sujet plus tard dans la section “accommodation” de l'œil.