Les lentilles.
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I. Les lentilles.
q Une lentille est formée d'un bloc transparent de verre ou de plastique. L'épaisseur au centre de la lentille est différente de celle des bords.
q Une loupe, une paire de jumelles , un microscope, un appareil photo, une paire de lunettes , une caméra sont constitués de lentilles.
Lentilles convergentes et lentilles divergentes.
q Pour savoir si une lentille est convergente ou divergente, on la pose sur un texte d'un livre. On éloigne la lentille :
· Si le texte apparaît plus gros la lentille est convergente.
· Si le texte devient plus petit, la lentille est divergente.
Bords minces, centre épais bords épais, centre mince
II. Image du soleil donnée par une lentille convergente. Distance focale.
1.Distance focale.
q Expérience: dirigeons l'axe optique d'une lentille convergente vers le soleil.
Déplaçons une écran blanc perpendiculairement à l'axe optique ( derrière la lentille)
q Observations: nous pouvons concentrer la lumière du soleil en une petite tache presque ponctuelle : c'est l'image du soleil donnée par la lentille.
La feuille de papier peut même brûler si le soleil est suffisamment chaud.
Ce point est appelé le foyer de la lentille (F)
q Interprétation : le soleil , très éloigné (150 000 000 km ) envoie un faisceau de rayons parallèles à l'axe de la lentille.
La lentille fait converger ces rayons.
· Le foyer ( F ) d'une lentille convergente est le point où converge la lumière lorsque la lentille est traversée par un faisceau parallèle à son axe.
· Distance focale (f) : c'est la distance notée f entre le foyer et le centre de la lentille.
Elle se meure en mètre ( de quelques mm à plusieurs mètres )
Notre lentille a une distance focale de :
· Concentration de l'énergie : l'énergie lumineuse du soleil est concentrée au niveau de l'image du soleil.
· Remarques :
Notons qu'en retournant la lentille convergente, nous obtenons le même résultat.
2.Que se produit-il lorsqu'un rayon lumineux traverse une lentille ?
q
Expérience : nous éclairons une lentille à l'aide d'un rayon laser et nous observons la direction devant et derrière la lentille.
· Observations: nous constatons que tous les rayons sont déviés , excepté le rayon (2) qui passe par le centre optique de la lentille. ( la construction des autres rayons sera étudié au lycée.)
Avec une lentille divergente , il est impossible d'obtenir sur un écran l'image du soleil: à la sortie de la lentille , les rayons sont dispersés.
3. Image d'un objet
q Dessin 1: obtention d'une image.
· Expérience : plaçons un objet lumineux à 1 m de la lentille ( la distance focale des lentilles utilisées est comprise entre 8 et 22 cm ) et déplaçons un écran translucide derrière la lentille.
Observation : pour une certaine position de l'écran, nous obtenons une image nette de l'objet.
Cette image est en couleurs renversée, localisée, très lumineuse.
· Pour obtenir de bonnes images , il faut :
§ Que l'objet soit placé sur l'axe optique, perpendiculairement à l'axe optique.
§ Que l'écran soit placé perpendiculairement à l'axe optique.
· Notons que la distance objet-écran ( d1) est supérieure à la distance (f) , que l'objet est derrière le foyer (d2 >f ) et que la taille de l'image est plus petite que celle de l'objet.
4.Influence de la distance objet-lentille (d1)
q Dessin 2 : rapprochons l'objet de la lentille.
L'image devient floue
Pour obtenir une image nette , il faut éloigner l'écran de la lentille . La taille de l'image augmente.
Si la distance objet-lentille diminue, le distance lentille-écran augmente ainsi que la taille de celle-ci : image et objet se déplacent dans le même sens.
q Dessin 3 : rapprochons encore l'objet de la lentille :
Pour une distance lentille-objet égale à deux fois la distance focale, image et objet sont de même taille et à égale distance de la lentille.
q Dessin 4 :
· Si la distance objet-lentille est comprise entre 2f et f : l'image s'éloigne et grandit.
· Si la distance objet-lentille est égale à la distance focale , l'image est alors infiniment éloignée ( on dit qu'elle est à l'infini )
· Si la distance objet-lentille est inférieure à la distance focale, on ne peut pas obtenir d'image sur un écran ( les rayons sont dispersés à la sortie de la lentille.)
· Pourquoi l'image obtenue avec une lentille est-elle plus lumineuse que la reproduction obtenue avec la chambre noire ?
q Expérience : placer une source ponctuelle sur l'axe optique à une distance de 50cm environ de la lentille , former l'image de la source sur un écran et suivre à l'aide d'une feuille le faisceau lumineux qui , issu de la source , traverse la lentille et converge sur l'écran.
Dessiner sur le schéma quelques rayons lumineux ainsi que le faisceau lumineux.
q Conclusion : l'image d'un objet donné par une lentille est très lumineuse car tout le faisceau lumineux issu de la source A qui traverse la lentille converge en A' image de A.
Quand nous avions utilisé une chambre noire , le diamètre du trou ( 1 à 2 mm) était très inférieur au diamètre de la lentille donc il rentre beaucoup moins de lumière dans la chambre noire, et donc la reproduction est sombre.
III. Les appareils imageurs.
Ils produisent des images : appareils photo, projecteurs de diapositives ou de cinéma, camescope.
Ils possèdent tous un système optique plus ou moins compliqué équivalent à une lentille
Les appareils photographiques, le cameras, l'œil donnent d'un objet une image de taille réduite :la distance objet-lentille est supérieure à la distance lentille-écran.
Les projecteurs de diapositives ou de cinéma donnent une image de taille supérieure à celle de 'objet : la distance objet-lentille est inférieure à la distance lentille-écran
