La forme des lentilles

Figure 12.2 Les religieuses, les
moines et les savants étaient
les principaux utilisateurs des
« pierres de lecture ». C’était à
peu près les seules personnes qui
savaient lire vers l’an 1000.
La forme des lentilles
Les « pierres de lecture » sont les premières loupes connues (figure 12.2).
On déplaçait la pierre le long du texte et on lisait quelques mots à la
fois. Les connaissances scientifiques sur la réfraction et les lentilles ont
progressé et ont permis de mettre au point des lentilles différentes pour
toutes sortes d’applications. Tu étudieras les propriétés de base des
lentilles pour comprendre ces applications.
On décrit les lentilles et les miroirs avec les termes plane, plan,
concave et convexe. Les lentilles ont deux faces qui peuvent être planes,
concaves ou convexes. Les pierres de lecture ont une face convexe et
une face plane. Tu n’as pas besoin de connaître toutes les formes de
lentilles. Tu dois seulement en connaître les deux classes : convergentes et
divergentes. Quand des rayons lumineux parallèles traversent une lentille
divergente, ils s’écartent les uns des autres : ils divergent à partir d’un
point commun. Quand des rayons lumineux parallèles traversent une
lentille convergente, ils se rapprochent les uns des autres : ils convergent
vers un point commun (figure 12.3).
lentilles convergentes
A
lentilles divergentes
B
Figure 12.3 A Les lentilles convergentes ont une ou deux faces convexes. Elles sont
plus épaisses au centre qu’au bord. B Les lentilles divergentes ont une ou deux faces
concaves. Elles sont plus minces au centre qu’au bord.
air
verre
air
Figure 12.4 Des rayons lumineux
parallèles traversent un morceau de
verre plat comme une vitre. Leurs
directions relatives ne changent
pas. Ils sont décalés sur le côté.
C’est le déplacement latéral.
Une lentille ne peut pas avoir deux faces planes, car cette combinaison ne
fait ni converger ni diverger les rayons lumineux. La figure 12.4 montre
un morceau de verre avec deux faces planes parallèles comme une vitre.
Quand des rayons lumineux traversent ce morceau de verre, ils passent
d’un milieu à un autre. L’indice de réfraction du second milieu est
plus élevé et les rayons se rapprochent donc de la normale. Lorsque les
rayons arrivent à la seconde face plane, ils s’écartent de la normale. La
déviation à l’entrée et la déviation à la sortie se compensent. Les rayons
qui traversent ce morceau de verre ont la même direction à l’entrée et
à la sortie. Il y a eu un seul changement : tous les rayons se sont décalés
latéralement. Ce morceau de verre ne change donc pas la direction
relative des rayons. Un tel morceau de verre (ou d’un autre matériau
transparent) n’est pas une lentille. Ce renseignement est utile pour l’étude
des lentilles.
488 Module 4 L’optique géométrique et la lumière
Le cristallin peut changer de forme
Quand le cristallin change de forme, il modifie sa distance focale
(figure 12.24). Quand l’œil doit faire la mise au point sur un objet proche,
sa courbure doit être plus grande pour permettre la mise au point de
l’image sur la rétine.
A
Figure 12.24 En A, le cristallin
d’un œil normal est relâché. Il
forme une image nette d’un objet
éloigné sur la rétine. En B, les
muscles ciliaires raccourcissent
et épaississent le cristallin. Cela
permet la mise au point sur des
objets proches.
B
cornée cristallin
rétine
lumière qui provient
d’un objet proche
lumière qui provient
d’un objet loin
L’œil et l’appareil photo
La structure d’un appareil photo ressemble beaucoup à celle de l’œil
(figure 12.25). Ils ont tous les deux un objectif qui forme des images nettes
sur une matière sensible à la lumière. Le cristallin de l’œil change de forme
pour faire la mise au point sur des objets à différentes distances. Pour faire
la mise au point avec un appareil photo, on avance ou on recule l’objectif.
Dans l’appareil, la matière sensible à la lumière est une pellicule, ou un
capteur CCD ou CMOS. Dans l’œil, c’est la rétine. Le diaphragme règle
la quantité de lumière qui entre dans l’appareil, la pupille, celle qui entre
dans l’œil.
Les lentilles permettent de corriger la vision
Certaines personnes ont une mauvaise vision à cause de la forme anormale
de leur globe oculaire ou de leur cornée, ou du durcissement de leur cristallin.
On peut corriger ces problèmes avec des lunettes, des verres de contact ou
une chirurgie au laser. Cette section présente quatre de ces problèmes.
La myopie
La myopie est une anomalie de l’œil qui l’empêche de faire la mise au point
sur des objets éloignés (figure 12.26A). Des rayons lumineux parallèles
arrivent d’un objet éloigné. La cornée et le cristallin réfractent la lumière et
font converger les rayons. Le globe oculaire est trop long dans le cas de la
myopie. L’image se forme donc devant la rétine, puis les rayons se séparent
et atteignent la rétine où ils forment une image floue. Si on place une lentille
divergente devant l’œil (figure 12.26B), elle réfracte les rayons parallèles. Les
rayons divergent et semblent venir d’un objet proche de l’œil. L’œil forme
alors une image nette sur la rétine.
A
lumière provenant
d’un objet éloigné
B
lentille divergente
pellicule ou
un capteur
CCD
diaphragme
objectif
iris
pupille
rétine
cristallin
Figure 12.25 Les images dans
l’œil et dans l’appareil photo sont
renversées. Ton cerveau reçoit et
traite cette image pour que tu la
perçoives droite.
myopie L’œil ne peut pas
faire la mise au point sur des
objets éloignés.
Figure 12.26 Le globe oculaire
est trop long. C’est la cause de
la myopie. L’image est formée
devant de la rétine et non sur
la rétine A. On corrige la myopie
avec des lentilles divergentes. On
utilise des lunettes ou des verres
de contact B.
Chapitre 12 Les lentilles et leurs applications
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