Lentilles convergentes — Physique, 14–17 ans
Une lentille convergente dévie les rayons lumineux parallèles pour les rapprocher. Sa distance focale et la distance de l’objet déterminent la position de l’image et si elle est agrandie, réduite, droite ou inversée.
Rapprocher les rayons
Une lentille convergente est plus épaisse au centre que sur les bords. La réfraction sur ses deux surfaces courbes dévie les rayons parallèles vers une région commune appelée foyer. La distance entre la lentille et ce foyer est la distance focale, qui mesure la force de déviation.
Pourquoi prévoir l’image ?
Un instrument optique n’est utile que si son image apparaît au bon endroit et avec la bonne taille. Les premiers fabricants de lentilles avaient besoin de mieux que des essais pour construire des lunettes, des télescopes et des appareils photo. Les équations des lentilles permettent de prévoir l’image à partir de la forme et des distances.
Calculer la distance de l’image
Une lentille convergente a une distance focale f = 10 cm et un objet se trouve à 30 cm, donc u = 30 cm. Utilise 1/f = 1/u + 1/v : 1/10 = 1/30 + 1/v. Alors 1/v = 1/10 − 1/30 = 1/15, d’où v = 15 cm. L’image est réelle et inversée, avec un grandissement de 15/30 = 0,5.
Le piège du sens de l’image
On peut croire qu’une lentille produit toujours une image droite et agrandie, puisque c’est ce que fait une loupe. En réalité, une lentille convergente forme des images différentes selon la distance de l’objet. Au-delà du foyer, elle peut former une image réelle et inversée ; à l’intérieur de la distance focale, une image virtuelle, droite et agrandie.
Les lentilles autour de nous
L’objectif d’un appareil photo forme une image réelle sur un capteur, où elle est enregistrée par l’électronique ou le logiciel. Un projecteur utilise une lentille pour agrandir une petite image lumineuse sur un écran. Les lunettes emploient des lentilles choisies pour placer l’image sur la rétine ; la physique reste la même malgré des usages différents.
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