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Les lentilles

Les lentilles sont des objets transparents faits de verre ou de plastique dont au moins une des faces est courbe et qui ont la propriété de réfracter la lumière.

Avant d’analyser les lentilles, il est nécessaire de comprendre le vocabulaire utilisé dans les lentilles.

p1035i1.JPG Vocabulaire associé aux lentilles

​Rayon incident
​Rayon lumineux qui se dirige vers une surface.
​Rayon réfracté
​Rayon lumineux qui a été dévié par une surface.
Foyer principal (F)
Point situé sur l'axe principal où les rayons incidents parallèles à l'axe principal convergent ou l'endroit d'où ces rayons semblent provenir.
​Foyer secondaire (F')
​Point situé sur l'axe principal situé de l'autre côté de la lentille par rapport au foyer principal.
​Centre optique (O)
​Centre de la lentille.
​Axe principal
Droite qui passe par le centre optique et qui est perpendiculaire à la lentille.
​Longueur focale (lf)
​Distance entre le foyer et le centre optique.
​Rayon de courbure (R)
​Segment qui relie le centre de courbure à la surface correspondante de la lentille.


Le vocabulaire utilisé ci-dessus s'applique également dans les lentilles divergentes. Toutefois, le foyer principal et le foyer secondaire sont inversés, car, par définition, le foyer principal est le point où les rayons parallèles semblent provenir.
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Dans les lentilles, il est faux de prétendre que le centre de courbure est situé à deux fois la longueur focale. Contrairement aux miroirs, où cette relation est toujours vraie, on ne peut pas en dire autant pour la lentille. Dans les schémas des lentilles, on représentera généralement le foyer principal et le foyer objet ainsi que des points aux endroits situés à deux fois la longueur focale. Ces points sont parfois identifiés 2F.Il existe deux types de lentilles.

Les lentilles convergentes

Une lentille convergente est une lentille qui réfracte les rayons lumineux parallèles de façon à les rapprocher de l'axe principal.Les lentilles convergentes peuvent être identifiées au toucher, puisque le centre de la lentille est plus épais que les extrémités de cette même lentille.

Il existe trois types de lentilles convergentes.

​Biconvexe ​Plan-convexe
​Ménisque convergent
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La forme de la lentille aura pour effet de rapprocher les rayons de l’axe principal et les faire converger en un point.

On symbolise une lentille convergente par une double flèche qui pointe vers l'extérieur. Ce symbole provient d'une construction de prismes accolés ensemble.

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La lentille convergente a la propriété de rassembler des rayons parallèles qui la traversent vers son foyer.

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Les rayons principaux dans une lentille convergente

Lorsqu'un objet se situe devant une lentille convergente, il y a trois rayons principaux qui peuvent être utilisés pour déterminer la position de l'image.

  1. Un rayon parallèle à l'axe principal est dévié par la lentille en passant par le foyer image (foyer principal). Ce rayon est représenté en bleu sur l'image ci-dessous.
  2. Un rayon passant par le centre optique de la lentille n'est pas dévié. Ce rayon est représenté en vert sur l'image ci-dessous.
  3. Un rayon passant par le foyer objet (foyer secondaire) est dévié parallèlement à l'axe principal. Ce rayon est représenté en rouge sur l'image ci-dessous.

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Les lentilles divergentes

Une lentille divergente est une lentille qui réfracte les rayons lumineux parallèles de façon à les éloigner de l'axe principal.

Les lentilles divergentes peuvent être identifiées au toucher, puisque le centre de la lentille est plus mince que les extrémités de cette même lentille.

Il existe trois types de lentilles divergentes.

​Biconcave ​Plan-concave
​Ménisque divergent
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La lentille divergente a l’effet contraire de la lentille convergente. Elle tend à éloigner de l’axe principal les rayons qui la traversent. Par conséquent, les rayons qui la traversent ne convergeront pas en un point, ils se disperseront.

On symbolise une lentille divergente par une double flèche dont les extrémités pointent vers l'intérieur. Ce symbole provient d'une construction de prismes accolés ensemble.

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La lentille divergente a la propriété de rassembler les prolongements des rayons parallèles qui la traversent vers son foyer.

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Les rayons principaux dans une lentille divergente

Lorsqu'un objet se situe devant une lentille divergente, il y a trois rayons principaux qui peuvent être utilisés pour déterminer la position de l'image.

  1. Un rayon parallèle à l'axe principal est dévié par la lentille en semblant provenir du foyer image (foyer principal). Ce rayon est représenté en bleu sur l'image ci-dessous.
  2. Un rayon passant par le centre optique de la lentille n'est pas dévié. Ce rayon est représenté en vert sur l'image ci-dessous.
  3. Un rayon dirigé vers le foyer objet (foyer secondaire) est dévié parallèlement à l'axe principal. Ce rayon est représenté en rouge sur l'image ci-dessous.
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L’aberration chromatique

Une aberration chromatique est une aberration optique qui produit une image floue en raison de la décomposition de la lumière blanche en plusieurs bandes de couleurs.L’aberration chromatique est un défaut des lentilles. Ces dernières dispersent la lumière qui les traverse.  Ce défaut aura pour conséquence de créer un halo coloré autour des objets observés, ce qui diminuera la qualité de l’observation.

Comme on peut le voir sur l’illustration ci-dessous, les rayons incidents sont dispersés une fois qu’ils ont traversé la lentille.  Ainsi, la lentille possèdera un foyer distinct pour chaque couleur |(F_b, F_g, F_r)|.

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(source)

Pour corriger cette imperfection, on place à côté de la lentille une deuxième lentille. Celle-ci corrigera l’aberration chromatique. Dans le cas de la lentille convergente, on placera une lentille divergente. Dans le cas de la lentille divergente, on placera une lentille convergente.

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Les exercices
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