Optique : Les représentations visuelles du monde

Chapitre 1 : Formation des images optiques

Plan du coursI) Quelques rappels sur la lumière :

1) La lumière est-elle visible ?2) Dans quelles conditions un objet est-il visible ?

Pour plus d'informations consulter mes cours d'optique de 5e :http://marc.morin35.free.fr/college/5e.html

II) Les lentilles :1) Comment identifier une lentille2) Foyer image et distance focale3) Vergence

III) Trajet de la lumière à travers une lentille :1) Rayons lumineux passant par le centre optique2) Rayons lumineux parallèles à l’axe optique

La lumière est-elle visible ?Expérience : On tente d’observer le faisceau de lumière émis par un laser.

Il ne faut jamais regarder directement à l’œil nu la lumière émise par un LASER

Observations :

Le faisceau du laser n’est pas visible à l’œil nu. Il n’est visible que lorsqu’il rencontre un objet. Ici la table.

Conclusion :

La lumière est invisible. Nous ne percevons que les objets émettant ou renvoyant de la lumière.

Le faisceau du laser n’est donc visible que s’il traverse un milieu diffusant (poussière de craie, gouttelettes d’eau, plexiglass …) ou toutes les particules en contact avec la lumière du laser la rediffusent dans toutes les directions. RETOUR

Dans quelles conditions un objet est-il visible ?

On regarde l’animation suivante : http://physiquecollege.free.fr/_private/cinquieme/optique/source_primaire_secondaire.htm

Le projecteur produit la lumière qu’il émet, on dit que c’est une source primaire de lumière.

La statue de la liberté n’est visible que si elle éclairée. Au même titre que le réflecteur elle diffuse la lumière qu’elle reçoit, c’est donc une source secondaire de lumière.

La réflecteur est un objet diffusant, il est capable de renvoyer une partie de la lumière qu’il reçoit. On dit que c’est une source secondaire de lumière.

Conclusion : un objet ne peut-être vu que s'il émet de la lumière et que celle-ci pénètre dans l'œil. Notre cerveau interprète la lumière comme si elle se propageait en ligne droite. RETOUR

Comment identifier une lentille ?Une lentille est un bloc de matière transparente généralement en verre ou en plastique. Elle est limitée par deux surfaces sphériques ou une surface sphérique et une plane, et elle possède un axe de symétrie appelé axe optique.Il existe deux types de lentilles : les lentilles convergentes et les lentilles divergentes.

On se propose de voir les différents méthodes qui permettent de les distinguer :

- En observant leurs formes géométriques

- En observant un objet à travers la lentille

- Par déviation d’un faisceau de lumière.

Les lentilles convergentesLes lentilles convergentes ont des bords plus minces que leur centre.ExempleS de formes de lentilles convergentes :

En physique, on représente les lentilles convergentes par le symbole suivant :

OAxe optique

centre optique

L’axe optique étant l’axe du symétrie de la lentille. Le point O, que l’on appelle le centre optique, est l’intersection entre l’axe optique et l’axe de la lentille

Les lentilles divergentesLes lentilles divergentes ont des bords plus épais que leur centre.Exemples :

En physique, on représente les lentilles divergentes par le symbole suivant :

OAxe optique

Centre optique

RETOUR

Comment identifier la nature d’une lentille en regardant un objet à travers celle-ci ?

Si on regarde à travers une lentille un objet quelconque, on observe une reproduction de l’objet que l’on appelle image.

Observations : 1. L’image d’un objet proche d’une lentille est :

• Plus grande que l’objet avec une lentille convergente• Plus petite que l’objet avec une lentille divergente

Dans les deux cas l’image est à l’endroit

2. L’image d’un objet éloigné d’une lentille est : • Renversée avec une lentille convergente• À l’endroit avec une lentille divergente.

RETOUR

Comment peut-on déterminer la nature d’une lentille en observant la déviation d’un faisceau de lumière ?

Une lentille convergente rend convergent un faisceau de rayons parallèles

O

Une lentille divergente, rend divergent un faisceau de rayons parallèles

O

RETOUR

Foyer image et distance focaleExpérience : Avec une lentille convergenteOn place une source éloignée de lumière sur l’axe optique d’une lentille convergente.

Observations : On observe une tache de lumière qui devient très lumineuse pour une certaine distance lentille-écran.

Cette tache est l’image de la source, c’est la que la lumière converge

Interprétation :

Elle se situe sur l’axe optique de la lentille en un point F’ que l’on appelle foyer image de la lentille

OLa distance entre le foyer image F’ et le centre optique O de la lentille, notée f’ = OF’, est appelée distance focale de la lentille

F’

Foyer imageAxe optique Centre optique

Expérience : on change de lentilleOn refait l’expérience avec une autre lentille convergente

Observations :On constate que l’image de la source ne se situe pas au même point que lors de l’expérience précédente.

Conclusion :

La distance focale est une caractéristique de la lentille.

Plus les faces de la lentille sont bombées, plus elle est convergente et plus sa distance focale est courte

Lentilles de plus en plus convergentesEt distances focales de plus en plus courtes

Expérience : avec une lentille divergenteOn place une source de lumière éloignée sur l’axe optique d’une lentille divergente

Observation :On ne peut pas obtenir l’image de la source sur un écran de l’autre coté de la lentille.

Interprétation :Les rayons lumineux divergent, tout se passe comme si ils provenaient d’un même point

F’

O

Conclusion :

Avec une lentille divergente, on a l’impression que les rayons lumineux proviennent d’un point situé du coté de la source de lumière.

Ce point est le foyer image de la lentille.

Dans le cas d’une lentille divergente, la distance focale f’ = OF’ est négative.

RETOUR

Qu’est-ce que la vergence d’une lentille ?

La vergence d’une lentille est l’inverse de la distance focale :

'

1C

f

Exemples : Calculer la vergence des lentilles et dont les distances focales sont les suivantes et indiquer si elles sont convergentes ou divergentes :• f1’ = 4cm• f2’ = -10 cm

Calculer la distance focale de la lentille dont la vergence vaut C3 = - 20 δ et indiquer si la lentille est convergente ou divergente.

C est la vergence en dioptries δ (= m-1)f’ la distance focale en mètre m

Résultats :

2504,0

1

'

1

11

fC

1010,0

1

'

1

22

fC

Lentille convergente car f’>0

Divergente car f’<0

cmmC

f 505,020

11'

33

Divergente car f’<0

RETOUR

Rayons lumineux passant par le centre optique

Les rayons lumineux passant par le centre optique de la lentille convergente ne sont pas déviés

O F

Rayons lumineux parallèles à l’axe optique

Les rayons lumineux arrivant parallèlement à l’axe optique sortent de la lentille en convergeant vers le foyer image de la lentille

O F