LENTILLE CONVERGENTE: CARACTÉRISTIQUES, TYPES ET EXERCICE RÉSOLU - PHYSIQUE - 2025

Les lentilles convergentes sont celles plus minces aux bords qui sont plus épaisses dans sa partie centrale. En conséquence, ils concentrent (convergent) les rayons lumineux qui leur tombent parallèlement à l'axe principal en un seul point. Ce point est appelé la mise au point, ou mise au point de l'image, et est représenté par la lettre F. Des lentilles convergentes ou positives forment ce que l'on appelle des images réelles d'objets.

Un exemple typique d'une lentille convergente est une loupe. Cependant, il est courant de trouver ce type d'objectif dans des dispositifs beaucoup plus complexes tels que des microscopes ou des télescopes. En fait, un microscope composé de base est composé de deux lentilles convergentes qui ont une petite distance focale. Ces lentilles sont appelées objectifs et oculaires.

Loupe, une lentille convergente.

Les lentilles convergentes sont utilisées dans l'optique pour différentes applications, bien que la plus connue soit peut-être pour corriger les défauts de vision. Ainsi, ils sont indiqués pour traiter l'hypermétropie, la presbytie et également certains types d'astigmatisme comme l'astigmatisme hypermétrope.

caractéristiques

Lentilles convergentes. Chetvorno

Les lentilles convergentes ont un certain nombre de caractéristiques qui les définissent. En tout cas, le plus important est peut-être celui que nous avons déjà avancé dans sa définition. Ainsi, les lentilles convergentes sont caractérisées par la déviation par le foyer de tout rayon qui tombe sur elles dans une direction parallèle à l'axe principal.

De plus, réciproquement, tout rayon incident qui passe le foyer est réfracté parallèlement à l'axe optique de la lentille.

Éléments de lentille convergents

Pour son étude, il est important de savoir quels éléments composent les lentilles en général et les lentilles convergentes en particulier.

En général, on l'appelle le centre optique d'une lentille au point où chaque rayon qui la traverse ne subit aucune déviation.

L'axe principal est la ligne qui rejoint le centre optique et le foyer principal, que nous avons déjà commenté, est représenté par la lettre F.

L'objectif principal est le point où tous les rayons qui frappent l'objectif sont parallèles à l'axe principal.

La distance focale est la distance entre le centre optique et la mise au point.

Les centres de courbure sont définis comme les centres des sphères qui créent la lentille; Les rayons de courbure étant les rayons des sphères qui donnent naissance à la lentille.

Et enfin, le plan central de la lentille s'appelle le plan optique.

Formation d'image dans les lentilles convergentes

Afin de former les images dans des lentilles convergentes, une série de règles de base doivent être prises en compte, qui sont expliquées ci-dessous.

Si le faisceau frappe la lentille parallèlement à l'axe, le faisceau émergent converge vers le foyer de l'image. Inversement, si un rayon incident passe à travers le foyer objet, le rayon émerge dans une direction parallèle à l'axe. Enfin, les rayons qui traversent le centre optique sont réfractés sans subir aucune déviation.

En conséquence, les situations suivantes peuvent se produire dans une lentille convergente:

- Que l'objet est situé par rapport au plan optique à une distance supérieure à deux fois la distance focale. Dans ce cas, l'image produite est réelle, inversée et plus petite que l'objet.

- Que l'objet est situé à une distance du plan optique égale à deux fois la distance focale. Lorsque cela se produit, l'image obtenue est une image réelle, inversée et de la même taille que l'objet.

- Que l'objet est à une distance du plan optique comprise entre une et deux fois la distance focale. Ensuite, une image est produite qui est réelle, inversée et plus grande que l'objet d'origine.

- Que l'objet est situé à une distance du plan optique inférieure à la distance focale. Dans ce cas, l'image sera virtuelle, directe et plus grande que l'objet.

Types de lentilles convergentes

Il existe trois types différents de lentilles convergentes: les lentilles biconvexes, les lentilles plan-convexes et les lentilles concaves-convexes.

Les lentilles biconvexes, comme leur nom l'indique, sont constituées de deux surfaces convexes. Les plano-convexes, quant à eux, ont une surface plane et une surface convexe. Et enfin, les lentilles convexes concaves sont constituées d'une surface légèrement concave et convexe.

Différence avec des lentilles divergentes

Lentilles convergentes. Fir0002 (discussion) (téléchargements)

Les lentilles divergentes, par contre, diffèrent des lentilles convergentes en ce que l'épaisseur diminue des bords vers le centre. Ainsi, contrairement à ce qui s'est passé avec les lentilles convergentes, dans ce type de lentille les rayons lumineux qui frappent parallèlement à l'axe principal sont séparés. De cette manière, ils forment ce qu'on appelle des images virtuelles d'objets.

En optique, les lentilles divergentes ou négatives, comme on les appelle également, sont principalement utilisées pour corriger la myopie.

Equations gaussiennes des lentilles minces et grossissement d'une lentille

En général, les types de lentilles étudiées sont ce que l'on appelle des lentilles minces. Celles-ci sont définies comme celles qui ont une faible épaisseur par rapport aux rayons de courbure des surfaces qui les limitent.

Ce type de lentille peut être étudié avec l'équation gaussienne et avec l'équation qui permet de déterminer le grossissement d'une lentille.

Équation de Gauss

L'équation gaussienne des lentilles minces est utilisée pour résoudre une multitude de problèmes optiques de base. D'où sa grande importance. Son expression est la suivante:

1 / f = 1 / p + 1 / q

Où 1 / f est ce qu'on appelle la puissance d'un objectif et f est la distance focale ou la distance entre le centre optique et le foyer F. L'unité de mesure de la puissance d'un objectif est la dioptrie (D), où 1 D = 1 m ^-1. Pour leur part, p et q sont respectivement la distance à laquelle se trouve un objet et la distance à laquelle son image est observée.

Grossissement d'un objectif

Le grossissement latéral d'une lentille mince est obtenu avec l'expression suivante:

M = - q / p

Où M est le grossissement. De la valeur de l'augmentation, un certain nombre de conséquences peuvent être déduites:

Si -M-> 1, la taille de l'image est plus grande que l'objet

Si -M- <1, la taille de l'image est inférieure à la taille de l'objet

Si M> 0, l'image est droite et du même côté de l'objectif que l'objet (image virtuelle)

Si M <0, l'image est inversée et sur le côté opposé de l'objet (image réelle)

Exercice résolu

Un corps est situé à un mètre d'une lentille convergente, qui a une distance focale de 0,5 mètre. À quoi ressemblera l'image corporelle? À quelle distance sera-t-il?

Nous avons les données suivantes: p = 1 m; f = 0,5 m.

Nous intégrons ces valeurs dans l'équation gaussienne pour les lentilles minces:

1 / f = 1 / p + 1 / q

Et ce qui suit reste:

1 / 0,5 = 1 + 1 / q; 2 = 1 + 1 / q

On isole 1 / q

1 / q = 1

Pour ensuite effacer q et obtenir:

q = 1

Par conséquent, nous substituons dans l'équation le grossissement d'une lentille:

M = - q / p = -1 / 1 = -1

Donc, l'image est réelle puisque q> 0, inversée car M <0 et de taille égale puisque la valeur absolue de M est 1. Enfin, l'image est à un mètre du foyer.

Références

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6. Hecht, Eugene (2002). Optics (4e éd.). Addison Wesley.
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