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Lesson Explainer: Miroirs concaves Science

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre comment décrire la réflexion de rayons lumineux par un miroir concave.

La figure illustre un faisceau de lumière réfléchi par un miroir concave.

On remarque que le miroir est courbe.

On peut représenter le miroir en vue de dessus comme suit.

Le miroir illustré a une courbure sphérique. Cela signifie que si on les prolongeait tout en maintenant la même courbure, les extrémités du miroir se rejoindraient et formeraient un cercle comme indiqué sur la figure suivante.

Il existe un certain point appelé le centre de courbure du miroir. Pour un miroir sphérique, ce point est à la même distance de tout point situé à la surface du miroir. Ceci est illustré par la figure suivante.

La distance entre le centre de courbure d’un miroir sphérique et le miroir est égale au rayon d’un cercle dont le centre correspond au centre de courbure, comme indiqué sur la figure suivante.

Un rayon de lumière réfléchi par un miroir concave sphérique est représenté sur la figure suivante.

On voit que la lumière réfléchie par le miroir se situe du même côté que le centre de courbure du miroir.

Un autre point important se trouve du même côté du miroir que le centre de courbure. Ce point est appelé le point focal, ou foyer, comme illustré sur la figure suivante.

Le foyer est le point par lequel passent tous les rayons réfléchis.

La distance entre le foyer et le point le plus proche du miroir est appelée la distance focale. Ceci est illustré par la figure suivante.

La distance focale est égale à la moitié de la distance entre le centre de courbure et le point du miroir le plus proche du point focal, comme indiqué ci-dessous.

Étudions maintenant quelques exemples.

Exemple 1: Identifier l’emplacement du centre de courbure d’un miroir concave

Pour tout miroir sphérique, la distance entre le centre de courbure et le centre de la surface correspond simplement au rayon de cette sphère. Laquelle des propositions suivantes décrit correctement l’emplacement du centre de courbure d’un miroir concave?

  1. Le centre de courbure d’un miroir concave est toujours situé du même côté que l’observateur.
  2. Le centre de courbure d’un miroir concave est toujours situé du côté opposé à l’observateur.
  3. Selon la trajectoire des rayons lumineux, le centre de courbure d’un miroir concave peut parfois être situé du côté opposé à l’observateur et parfois du même côté que l’observateur.

Réponse

Pour un miroir concave, les rayons lumineux sont réfléchis comme indiqué sur la figure suivante.

Un observateur doit se situer en une position où les rayons lumineux réfléchis peuvent l’atteindre.

Le centre de courbure d’un miroir sphérique est le point qui se situe à la même distance de tout point du miroir, comme indiqué sur la figure ci-dessous.

On voit alors qu’une personne qui se trouve du même côté du miroir que le centre de courbure peut voir les rayons lumineux réfléchis par le miroir. Cela signifie que cette personne peut être un observateur. Une personne se trouvant de l’autre côté du miroir ne peut pas voir les rayons lumineux réfléchis et ne peut donc pas être un observateur.

La réponse correcte est donc que le centre de courbure d’un miroir concave est toujours du même côté que l’observateur.

Exemple 2: Décrire comment des rayons parallèles sont réfléchis par un miroir concave

Laquelle des propositions suivantes décrit correctement ce qui arrive à des rayons parallèles arrivant sur un miroir concave?

  1. Ils sont focalisés au point focal.
  2. Ils sont focalisés au centre de courbure.
  3. Ils ne sont pas du tout focalisés en un point.
  4. Ils continuent sans être déviés.

Réponse

Un miroir réfléchit les rayons lumineux. Les rayons incidents sont réfléchis plutôt que de continuer sans être déviés.

La figure suivante illustre trois rayons de lumière incidente parallèles réfléchis par un miroir concave.

On voit que les rayons réfléchis passent tous par un point, appelé le foyer.

La réponse correcte est donc qu’ils sont focalisés au point focal.

Exemple 3: Relation liant les positions du foyer et du centre de courbure d’un miroir concave

Le rayon de courbure d’un miroir concave est de 5 cm. Laquelle des propositions suivantes décrit correctement la distance focale?

  1. La distance focale est de 2,5 cm et correspond à la distance entre le centre de la surface du miroir et le point focal.
  2. La distance focale est de 5 cm et correspond à la distance entre le centre de la surface du miroir et le point focal.
  3. La distance focale est de 2,5 cm et correspond à la distance entre le centre de la surface du miroir et le centre de courbure.
  4. La distance focale est de 5 cm et correspond à la distance entre le centre de la surface du miroir et le centre de courbure.

Réponse

Le rayon de courbure du miroir est de 5 cm , ce qui signifie que le miroir se situe à 5 cm du centre de courbure, comme indiqué sur la figure suivante.

La distance entre le miroir et le point focal est égale à la moitié de la distance entre le miroir et le centre de courbure, comme indiqué ci-dessous.

La réponse correcte est donc que la distance focale est de 2,5 cm et correspond à la distance entre le centre de la surface du miroir et le point focal.

Résumons maintenant ce que nous avons appris dans cette fiche explicative.

Points clés

  • Un miroir concave possède un centre de courbure.
  • Pour un miroir à courbure sphérique, le miroir est courbé en un cercle. Le centre de courbure est situé au centre de ce cercle.
  • Le centre de courbure d’un miroir concave est situé du même côté du miroir que le côté qui réfléchit les rayons lumineux.
  • Les rayons lumineux réfléchis par un miroir concave se focalisent en un point appelé le foyer, ou point focal, du miroir.
  • La distance entre le point focal d’un miroir concave et le miroir correspond à la moitié de la distance entre le centre de courbure et le miroir.

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