Formation d'images par les lentilles

Regarde les photos ci-dessous. Elles montrent deux exemples différents de formation d'images par les lentilles. L'une montre l'image d'une maison, inversée et diminuée. Et l'autre montre l'image d'un timbre-poste, agrandie et droite. Tu peux penser que les lentilles utilisées sont très différentes puisque les images le sont, mais il s'agit de la même lentille ! Si tu as une loupe chez toi, tu pourras vérifier que les images formées changent en fonction de la distance.

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Quelle serait l'image produite si nous prenions une lentille convexe et voyions un objet à une très grande distance ?

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Dans quel type de lentille les rayons lumineux convergent-ils vers un seul point après réfraction ?

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Qu'arrivera-t-il à un rayon de lumière parallèle à l'axe principal après avoir été réfracté par une lentille convexe ?

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Dans quelle direction le rayon de lumière sera-t-il réfracté s'il passe par le foyer principal d'une lentille convexe ?

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Quelles seraient les propriétés de l'image produite par une lentille convexe si un objet est placé au-delà de 2F2?

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Quelles seraient les propriétés de l'image produite par une lentille convexe si un objet est placé exactement à 2F2?

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Quelles seraient les propriétés de l'image produite par une lentille convexe si un objet est placé entreF2 et 2F2?

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Quelles seraient les propriétés de l'image produite par une lentille convexe si un objet est placé exactement àF2?

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    Tu te demandes pourquoi cela se produit ? Alors continue à lire. Nous allons parler des différentes lentilles et expliquer comment elles fonctionnent. Ensuite, nous utiliserons des règles de base pour décrire la formation d'une image par les lentilles.

    Comment une image se forme-t-elle lorsqu'on utilise des lentilles ?

    Les lentilles fonctionnent en utilisant la réfraction de la lumière.

    Laréfraction est la déviation de la lumière lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre en raison de la vitesse de propagation de la lumière sur ces milieux.

    La lumière change de direction lorsqu'elle traverse une interface eau-air car elle se déplace plus lentement dans l'eau que dans l'air. C'est pourquoi un objet semble courbé lorsqu'il est partiellement immergé dans un verre d'eau. La lumière provenant de la partie immergée semble provenir d'une position différente de celle qu'elle occupe réellement.

    Formation de l'image par les lentilles réfraction de la lumière dans un verre d'eau StudySmarterLa lumière provenant de la partie immergée semble provenir d'une position différente de celle qu'elle occupe réellement, ce qui donne l'impression que le stylo est courbé.

    La lumière est réfractée lorsqu'elle interagit avec la lentille parce qu'elle se déplace dans l'air et dans la lentille à des vitesses différentes . Selon la forme de la lentille, la lumière d'un objet peut converger vers un point ou en diverger, formant ainsi une image.

    Types d'images formées par les lentilles

    Nous pouvons classer les images formées par les lentilles comme étant réelles ou virtuelles.

    Types d'images formées par les lentilles : Images réelles

    Une image réelle est formée par des rayons lumineux qui convergent ou divergent réellement d'une source.

    Une image réelle peut être projetée sur un écran.

    Les rayons lumineux d'un objet qui se réfléchissent sur un miroir concave produisent une image réelle et inversée. Puisque l'image est réelle, on peut la projeter sur une feuille de papier en la plaçant à l'endroit où l'image se forme.

    Formation de l'image par les lentilles Real Image StudySmarterLes rayons lumineux réfléchis par un miroir concave sphérique forment une image réelle qui peut être projetée sur un écran. Cymru.lass Domaine public.

    Types d'images formées par les lentilles : Images virtuelles

    Une image virtuelle se forme lorsque les rayons lumineux semblent provenir d'une source qui n'existe pas réellement.

    Nous ne pouvons pas projeter d'images virtuelles car les rayons lumineux d'une image virtuelle ne convergent pas.

    Les miroirs simples produisent des images virtuelles. Les rayons lumineux provenant d'un objet se reflètent sur nos yeux, donnant l'impression de converger à l'arrière du miroir. Cependant, la source se trouve devant le miroir.

    Formation de l'image par les lentilles Image virtuelle dans un miroir StudySmarterUn spectateur peut voir une image virtuelle lorsqu'il se regarde dans un miroir. CC-BY-SA-4.0

    L'une des propriétés les plus importantes d'une image est son grossissement.

    Legrossissement quantifie la variation de la taille d'une image par rapport à la taille de l'objet.

    Nous pouvons mesurer le grossissement à l'aide de la formule suivante.

    magnification =image heightobject height

    Comme le grossissement est un rapport, il n'a pas d'unité.

    Considère un objet4 cm grand. Si une lentille produit une image d'une hauteur de12 cmcalcule le grossissement.

    magnification=image heightobject height = 12 cm3 cm= 4

    Le grossissement de l'image est de4, ce qui signifie qu'elle est quatre fois plus grande que l'objet.

    Formation d'images par des lentilles convexes

    Unelentille convexe ou lentille convergente réfracte tous les rayons lumineux parallèles à son axe principal sur un seul point appelé foyer principal.

    L'axe principal est une ligne horizontale imaginaire qui passe par le centre géométrique d'une lentille.

    Une lentille convexe est incurvée ou arrondie vers l'extérieur.

    Formation de l'image par les lentilles lentille convergente StudySmarterLes rayons lumineux parallèles à l'axe principal convergent au foyer, StudySmarter Originals.

    Note que la lumière se réfracte lorsqu'elle passe de l'air à la lentille et de nouveau lorsqu'elle retourne dans l'air. Comme nous pouvons utiliser la lentille dans les deux sens, nous pouvons identifier deux foyers à la même distance du centre géométrique de la lentille - également appelé centre optique. La distance entre le centre de la lentille et son foyer est appelée distance focale .

    Formation de l'image par les lentilles Longueur focale d'une lentille convergente StudySmarterLa longueur focale est la distance entre le foyer et le centre géométrique de la lentille. Originaux de StudySmarter

    Nous pouvons comprendre comment les lentilles convexes forment des images à l'aide des diagrammes de rayons. Les diagrammes de rayons considèrent que les rayons lumineux ne se réfractent qu'en un seul point et utilisent une représentation plus simple pour la lentille. Tu trouveras ci-dessous un diagramme de rayons représentant la même lentille convexe que précédemment. Nous pouvons étiqueter les foyers commeF1etF2.

    Formation de l'image par les lentilles diagramme de rayons d'une lentille convexe StudySmarterDans un diagramme de rayons, une lentille convexe est représentée à l'aide d'un segment de droite dont les extrémités sont munies de deux flèches pointant vers l'extérieur. Originaux StudySmarter

    En général, une lentille convergente est plus épaisse au milieu.

    Formation de l'image par les lentilles différentes lentilles convergentes StudySmarterLes lentilles convergentes sont plus épaisses au milieu que sur les bords, StudySmarter Originals

    Règles de formation des images par les lentilles convexes

    Le comportement des rayons lumineux qui traversent une lentille convexe peut se résumer à trois règles de base.

      1. Les rayons lumineux parallèles à l'axe principal se réfractent en passant par le foyer de l'autre côté.
      2. Les rayons lumineux qui passent par le centre optique ne dévient pas.
      3. Les rayons lumineux qui passent par le foyer se réfractent parallèlement à l'axe principal.

    Formation de l'image par les lentilles règles pour les rayons lumineux diagrammes de lentilles convexes StudySmarterLe comportement des rayons lumineux traversant une lentille convexe peut être simplifié en considérant trois cas particuliers. StudySmarter Originals

    Exemples de formation d'images par des lentilles convexes

    Nous pouvons avoir différents types de formation d'images lorsque nous utilisons une lentille convexe. Les propriétés des images formées dépendent de la distance de l'objet,O. Nous pouvons distinguer cinq cas :

    1. L'objet se trouve au-delà de deux distances focales(O>2F2).
    2. L'objet se trouve exactement à deux distances focales(O=2F2).
    3. L'objet se trouve entre une et deux distances focales(F2<O<2F2).
    4. L'objet au foyer(O=F2).
    5. L'objet se trouve entre le foyer et la lentille(O<F2).

    Cas 1 : Objet placé au-delà de deux distances focales

    Nous pouvons trouver la position de l'image en traçant deux rayons lumineux à partir du haut de l'objet. Le sommet de l'image sera l'endroit où ces rayons se rencontrent. Traçons deux rayons lumineux en utilisant les règles 1 et 3.

    Formation de l'image par les lentilles lentille convexe StudySmarterFormation de l'image par une lentille convexe pour un objet placé au-delà de deux distances focales. Adapté de Kvr.lohith (CC BY-SA 4.0)

    Dans ce cas, l'image est :

    • Réelle
    • Diminuée
    • Inversée
    • Formée au-delà du foyer mais avant deux distances focales.

    C'est le même exemple de formation d'image que sur la photo montrant l'image d'une maison au début de l'article !

    Cas 2 : objet placé exactement à deux distances focales.

    Répétons la même procédure. Pour ce cas, l'image est :

    • Réelle et inversée
    • De la même taille que l'objet
    • Formée à exactement deux distances focales

    Formation de l'image par les lentilles diagramme de rayons d'une lentille convexe StudySmarterFormation de l'image par une lentille convexe pour un objet à 2F1 Adapté de Kvr.lohith (CC BY-SA 4.0)

    Cas 3 : objet placé entre une et deux distances focales.

    Dans ces conditions, l'image est :

    • Réelle
    • Inversée
    • agrandie
    • Formée au-delà de deux distances focales

    Formation de l'image par les lentilles diagramme de rayons d'une lentille convexe StudySmarter Formation de l'image par une lentille convexe pour un objet placé entre F2 et 2F2. Adapté de Kvr.lohith (CC BY-SA 4.0)

    Cas 4 : objet placé au foyer

    Ce cas est particulier. Les rayons lumineux sont parallèles après réfraction et ne se croisent jamais. Par conséquent, on dit que l'image se forme à l'infini.

    Formation de l'image par les lentilles diagramme des rayons pour une lentille convexe StudySmarterFormation de l'image par une lentille convexe pour un objet placé à F2 sur l'axe principal. Adapté de Kvr.lohith (CC BY-SA 4.0)

    L'image formée sera :

    • Réelle
    • Inversée
    • Très agrandie
    • Formée à l'infini

    Cas 5 : Objet placé entre le foyer et la lentille.

    Dans ce cas, les rayons réfractés ne se croisent pas et s'éloignent les uns des autres. Cependant, si nous prolongeons les rayons lumineux vers l'arrière, ils se croisent derrière l'objet. Il s'agit d'un autre type de formation d'image. Les rayons lumineux semblent provenir de l'arrière de l'objectif. Comme les rayons lumineux ne se croisent pas vraiment, l'image est virtuelle.

    Formation de l'image par les lentilles formation de l'image par une lentille convexe StudySmarterFormation d'une image par une lentille convexe pour un objet placé entre F2 et le centre optique. Adapté de Kvr.lohith (CC BY-SA 4.0)

    Dans ce cas, l'image produite sera :

    • Virtuelle et droite
    • agrandie
    • Derrière l'objet

    Les loupes sont une application de ce cas. C'est pourquoi elles permettent de réaliser des images agrandies. C'est le même exemple de formation d' imageque sur la photo de l'image du timbre au début de l'article !

    Corriger l'hypermétropie avec des verres convexes

    Lorsque nous voyons un objet, sa lumière traverse une structure transparente dans nos yeux - la cornée - puis un cristallin. Nos yeux ajustent l'épaisseur de ce cristallin de façon à ce que les rayons lumineux convergent exactement vers la rétine, où se trouvent des cellules spéciales jouant le rôle de récepteurs de lumière. Cependant, des problèmes oculaires spécifiques peuvent affecter ce processus.

    L'hypermétropie ou l'hyperopie est une condition dans laquelle une personne peut voir clairement les objets éloignés mais voit les objets proches flous.

    Les yeux d'une personne atteinte d'hypermétropie font converger les rayons lumineux des objets proches derrière la rétine, percevant ainsi une image floue.

    Formation de l'image par les lentilles comment une personne hypermétrope voit StudySmarterUne personne atteinte d'hypermétropie voit les objets proches flous car leur lumière converge derrière la rétine, StudySmarter Originals.

    Cette condition peut être corrigée en utilisant une lentille convergente qui aide les yeux à faire converger les rayons lumineux à une distance plus courte, ce qui leur permet de se concentrer sur la rétine.

    Formation de l'image par les lentilles corriger l'hypermétropie avec des lentilles convexes StudySmarterLes lentilles convexes aident à faire converger les rayons lumineux pour que les yeux puissent former l'image sur la rétine, StudySmarter Originals

    Formation de l'image par les lentilles concaves

    Une lentille concave ou lentille divergente disperse les rayons lumineux parallèles à l'axe principal après réfraction, comme s'ils sortaient d'un point appelé foyer principal.

    Les lentilles concaves sont creusées ou arrondies vers l'intérieur. L'image suivante illustre la dispersion des rayons lumineux passant à travers une lentille concave.

    Formation des images par les lentilles La lentille concave disperse les rayons lumineux StudySmarterUne lentille concave fait diverger les rayons lumineux. Originaux de StudySmarter

    Le diagramme de rayons suivant représente la même situation.

    Formation de l'image par les lentilles diagramme pour une lentille concave StudySmarterDans un diagramme de rayons, une lentille concave est représentée à l'aide d'un segment de droite dont les extrémités sont munies de deux pointes de flèches dirigées vers l'intérieur. StudySmarter Originals

    En général, une lentille divergente est plus épaisse sur ses bords.

    Formation de l'image par les lentilles exemples de différentes lentilles divergentes StudySmarterLes lentilles divergentes peuvent avoir différentes formes, mais elles sont plus minces au milieu que sur les bords, StudySmarter Originals.

    Règles pour la formation d'images par des lentilles concaves

    Nous pouvons résumer le comportement des rayons lumineux traversant des lentilles concaves en trois règles.

    1. Les rayons lumineux parallèles à l'axe principal divergent en semblant provenir du foyer.
    2. Les rayons lumineux passant par le centre optique ne dévient pas.
    3. Les rayons lumineux qui se dirigent vers le foyer se réfractent en se déplaçant parallèlement à l'axe principal.

    Formation de l'image par les lentilles règles pour les rayons lumineux traversant une lentille concave StudySmarterLe comportement des rayons lumineux traversant une lentille concave peut être simplifié en considérant trois cas particuliers. StudySmarter Originals

    Exemple de formation d'image par des lentilles concaves

    Regarde l'image ci-dessous pour un objet situé entre une et deux distances focales. En traçant deux rayons selon les règles précédentes, nous pouvons voir que les rayons lumineux semblent se croiser devant l'objet.

    Formation de l'image par les lentilles formation de l'image par une lentille concave StudySmarterFormation de l'image par une lentille concave. Kvr.lohith (CC BY-SA 4.0)

    L'image formée par la lentille concave est :

    • Virtuelle et droite
    • Diminuée
    • Formée entre l'objet et la lentille

    Pour une lentille concave, la position de l'objet n'a pas d'importance. On obtient toujours le même type de formation d'image car les propriétés de l'image sont toujours les mêmes.

    Corriger la myopie avec des lentilles concaves

    La myopie est un état dans lequel une personne peut voir clairement les objets proches, mais pas les objets éloignés.

    Les yeux d'une personne atteinte de myopie font converger les rayons lumineux devant la rétine, ce qui donne une image floue.

    Formation de l'image par les lentilles comment une personne myope voit StudySmarterUne personne atteinte de myopie fait converger les rayons lumineux des objets éloignés devant la rétine. Originaux de StudySmarter

    Nous pouvons corriger cela à l'aide de lentilles concaves. Ces lentilles dispersent les rayons lumineux afin que les yeux puissent faire converger la lumière vers la rétine.

    Formation de l'image par les lentilles corriger la myopie avec des lentilles divergentes StudySmarterLes lentilles concaves aident à disperser les rayons lumineux pour que les yeux puissent les faire converger vers la rétine, StudySmarters Originals

    Formation de l'image par les lentilles - Principaux points à retenir

    • Les lentilles convexes sont incurvées ou arrondies vers l'extérieur et font converger les rayons lumineux.

    • Les lentilles concaves sont creusées ou arrondies vers l'intérieur et dispersent les rayons lumineux.

    • Pour les lentilles convexes,

      1. Les rayons lumineux parallèles à l'axe principal se réfractent en passant par le foyer de l'autre côté.
      2. Les rayons lumineux qui passent par le centre optique ne dévient pas.
      3. Les rayons lumineux qui passent par le foyer se réfractent parallèlement à l'axe principal.
    • Les images formées par une lentille convexe ont des propriétés différentes selon l'emplacement de l'objet.
    • Pour les lentilles concaves,
        1. Les rayons lumineux parallèles à l'axe principal divergent en semblant provenir du foyer.
        2. Les rayons lumineux passant par le centre optique ne dévient pas.
        3. Les rayons lumineux allant vers le foyer se réfractent en se déplaçant parallèlement à l'axe principal.
    • Les images formées par une lentille concave sont toujours virtuelles et droites et se forment entre l'objet et la lentille quelle que soit la position de l'objet.
    • Une personne atteinte d'hypermétropie ou de myopie peut généralement voir clairement les objets éloignés, mais pas les objets proches. Ce problème peut être résolu à l'aide de lentilles convexes.
    • Une personne atteinte de myopie peut voir clairement les objets proches, mais pas les objets éloignés. Ce problème peut être résolu à l'aide de lentilles concaves.
    Questions fréquemment posées en Formation d'images par les lentilles
    Qu'est-ce qu'une lentille convergente?
    Une lentille convergente est une lentille qui fait converger les rayons lumineux vers un point focal. Elle est plus épaisse au centre qu'aux bords.
    Comment une lentille forme-t-elle une image?
    Une lentille forme une image en faisant dévier les rayons lumineux qui passent à travers elle, soit en les convergeant soit en les divergeant.
    Quelle est la différence entre une image réelle et une image virtuelle?
    Une image réelle est formée par la convergence des rayons lumineux et peut être projetée sur un écran. Une image virtuelle ne peut pas être projetée; elle semble se trouver derrière la lentille.
    Comment différencier une lentille convergente d'une lentille divergente?
    Une lentille convergente est épaisse au centre et mince aux bords, tandis qu'une lentille divergente est mince au centre et épaisse aux bords.

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