Réfraction - lentille convergente
Prérequis
Présentation
Animation pour la construction de l'image d'un objet pour une lentille convergente.
Explications
Lorsque vous lancez l'animation, vous voyez un objet réel se trouvant devant une lentille convergente.
Trois rayons particuliers, issus du sommet de l'objet, ont été tracés, ceux dont on peut trouver la trajectoire :
- Un rayon arrivant sur la lentille parallèlement à l'axe optique, qui se réfracte en passant par le foyer image.
- Un rayon arrivant en passant par le foyer objet, qui se réfracte parallèlement à l'axe optique.
- Un rayon qui passe par le centre optique, qui n'est pas dévié.
Ces trois rayons convergent, et là où ils se croisent, tous les rayons issus de ce même point de l'objet se croiseront (pour vous en convaincre, cliquez sur "faisceau"). C'est là que, si on place un écran, on verra se former l'image de l'objet. C'est ce qu'on appelle une image réelle.
Dans la pratique, il suffit d'en tracer deux.
Calculs : cliquez sur "afficher une grille". Mesurez la position de l'objet par rapport à la lentille (u) et la taille de cet objet (O).
Calculez ensuite la position de l'image (v) et sa taille (I). Vérifiez grâce à la grille.
Remarquez que l'objet est orienté vers le dessus de l'axe optique alors que son image est vers le bas.
Comment sera orientée l'image si l'objet est vers le bas ? Vérifiez votre prédiction en changeant l'orientation de l'objet (tirer sur l'extrémité de l'objet et placez-là en-dessous de l'axe optique).
C'est ce qu'on entend par "image renversée" (mais on devrait plutôt parler d'image inversée).
Refaites les mêmes opérations pour
- un objet plus éloigné du foyer,
- au foyer,
- entre le foyer et la lentille.
Pour le dernier cas, remarquez que tous les rayons divergent (donc sur un écran on verra de la lumière mais pas une image), et qu'ils semblent tous provenir d'un même point. Si on place notre oeil derrière la lentille et qu'on regarde vers celle-ci, c'est comme s'il y avait un objet à ce point de convergence des prolongements des rayons, donc notre cerveau interprète ce qu'il voit comme s'il y voyait l'objet, mais en fait, ce qu'on voit, c'est une image de cet objet, qu'on appelle image virtuelle.
Calculez quelle doit être la position de l'objet pour que son image ait la même taille. Vérifiez à l'aide de l'animation.
Si l'objet se trouve à l'infini, pouvez-vous prédire où se trouvera l'image ? Vérifiez votre prédiction en cliquant sur "objet à l'infini".
Et si l'objet est un objet virtuel (derrière la lentille, ce qui arrive quand l'objet est une image obtenue par un autre miroir ou une lentille) ?
Modifiez la distance focale de la lentille (point bleu sous celle-ci), tout en la gardant positive (point bleu à droite de la lentille). Observez comment cela affecte la position des foyers, la position de l'image et son grandissement.
Les indications de manipulation se trouvent sous l'animation.
auteur : Geneviève Tulloue, université de Nantes
Vous pouvez aussi essayer cette animation :
auteur : Simulations interactives PhET à l'Université du Colorado Boulder