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1. Lentilles optiques

1. Lentille mince

        Une lentille optique est composée de 2 surfaces dont au moins une n’est pas plane. Elle est constituée d’un matériau transparent et homogène, possédant un indice de réfraction n différent de celui de l’air. Les rayons lumineux incidents sur la lentille sont déviés par réfraction, due au changement de milieu optique.

        Lorsque l’épaisseur d’une lentille est très petite face au rayon de courbure de sa surface on peut la qualifier de lentille mince.

Il existe deux types de lentilles minces :

- Les lentilles minces convergentes

- Les lentilles minces divergentes

1. Lentille mince convergente

        Des rayons lumineux parallèles incidents sur une lentille mince convergente émergent (sortent de la lentille) et passent tous par un point. On dit que les rayons lumineux convergent en ce point.

[pic 3]

1. Modèle de la lentille mince convergente

Une lentille mince convergente notée L, peut être modélisée par une double flèche verticale dont le centre noté O correspond au centre optique de la lentille. L’axe optique noté Δ est une droite perpendiculaire à la lentille mince, passant par le centre optique.

        Une lentille mince convergente est caractérisée par deux foyers positionnés sur l’axe optique :

- Le foyer image noté F’ correspond au point de convergence des rayons lumineux émergents de la lentille

- Le foyer objet noté F correspond au point symétrique du foyer image F’ par rapport au centre optique O.

On nomme distance focale notée f, la distance entre le centre optique O et le foyer image F’.

Modélisation d’une lentille mince convergente

[pic 4][pic 5][pic 6][pic 7]

Plus la distance focale f est courte, plus la lentille est convergente.

1. L’image à travers une lentille mince convergente

1. Construction de l’image d’un objet réel par une lentille mince convergente

        Par convention la lumière se déplace de gauche à droite. Il est important de flécher les rayons lumineux afin de définir leur sens de déplacement.

        Un objet plan noté AB perpendiculaire à l’axe optique est représenté par une flèche. L’objet est réel s’il se situe à gauche de la lentille.

        Une lentille mince convergente forme une image plan notée A’B’ de cet objet. L’image est réelle si elle se situe à droite de la lentille. Une image réelle peut être visualisée à l’aide d’un écran.

Pour construire l’image d’un objet par une lentille convergente on utilise des rayons lumineux particuliers.

Pour un objet réel AB dont le point A est placé sur l’axe optique, les rayons lumineux sont tracés à partir du point B.

Règles de construction à partir de rayons lumineux particuliers :

Un rayon lumineux incident passant par F, émerge de la lentille parallèlement à l’axe optique (1)

Un rayon lumineux incident parallèle à l’axe optique, émerge de la lentille en passant par F’ (2)

Un rayon lumineux passant par le centre optique n’est pas dévié (3)

(voir les numéros correspondants sur le modèle ci-dessous)

Modélisation de l’image réelle (A’B’) d’un objet plan réel (AB) par une lentille convergente (L)[pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12]

        L’intersection de ces trois rayons particuliers à droite de la lentille permettent de déterminer la position du point B’ image du point objet B. Il ne reste plus qu’à tracer l’image (elle aussi plan) A’B’.

L’image est renversée : elle n’a pas le même sens que l’objet.

1. Grandissement

        En reprenant le modèle précédemment utilisé, on peut mettre en évidence deux triangles rectangles opposés par le sommet, permettant d’appliquer le théorème de Thalès afin d’en déduire des égalités :

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