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Vidéo de question : Déterminer les chemins des rayons passant par une lentille concave Sciences

La figure montre cinq rayons lumineux qui passeront à travers une mince lentille concave. Lequel des rayons lumineux ne changera pas de direction lorsqu’il passe à travers la lentille?

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Transcription de vidéo

La figure montre cinq rayons lumineux qui passeront à travers une lentille mince concave. Lequel des rayons lumineux ne changera pas de direction lorsqu’il passe à travers la lentille?

Dans cette question, on nous donne une figure montrant une lentille concave et cinq rayons lumineux qui la traverseront. On nous demande de déterminer quel rayon ne changera pas de direction lorsqu’il passe à travers la lentille. Commençons par rafraîchir nos mémoires sur ce que sont les lentilles concaves et sur leur interaction avec les rayons lumineux.

Une lentille concave est une lentille dont les faces sont les plus épaisses aux bords qu’au centre. Nous pouvons créer cette forme en utilisant un cylindre qui est chevauché par deux sphères sur ses faces circulaires, comme on le voit ici. Si nous retirons le matériau chevauchant les sphères, nous aurons la forme d’une lentille concave. Une coupe transversale bidimensionnelle de la lentille ressemble à un rectangle, et de chaque côté de ce rectangle une partie identique d’un cercle a été supprimée. Les centres de ces cercles sont les centres de courbure de la lentille. Les centres de courbure sont à égale distance de chaque point du périmètre de leur cercle. Cette distance est appelée rayon de courbure. Pour un cercle, le rayon de courbure est égal dans toutes les directions.

Si nous relions les deux centres de courbure à une ligne, la ligne définit l’axe optique de la lentille. La ligne passe par le centre de la lentille. Le point au centre de la lentille est spécial parce qu’un rayon de lumière qui passe par le centre de la lentille et émerge de la lentille aura la même direction que lorsqu’il est entré dans la lentille. Cela est vrai pour les rayons lumineux qui passent par le centre de la lentille quel que soit l’angle de l’axe optique.

Les rayons qui pénètrent dans la lentille parallèlement à l’axe optique mais pas le long de l’axe optique changeront de direction, s’éloignant du centre de la lentille. Si les trajectoires des rayons lumineux sortant de la lentille sont prolongés de l’autre côté de la lentille, ces lignes tracées proviennent toutes du même point. Ce point est appelé le foyer (point focal) de la lentille. La distance entre le foyer et le centre de la lentille est appelée la distance focale. Et comme les lentilles concaves sont symétriques, il existe un foyer de chaque côté de la lentille. Les deux foyers ont des distances focales égales.

Maintenant que nous nous souvenons de ce que sont les lentilles concaves, ainsi que leurs centres, leurs axes optiques et leurs foyers, regardons de nouveau la figure qui nous est donnée. En regardant les rayons représentés dans la question, nous pouvons voir qu’ils se déplacent tous parallèlement à l’axe optique. Mais les rayons un et deux sont au-dessus de l’axe optique, et les rayons quatre et cinq sont au-dessous de l’axe optique. Cela signifie que les rayons un, deux, quatre et cinq dévieront tous et sembleront provenir du foyer de la lentille. Seul le rayon trois passe par le centre de notre lentille, ce qui signifie qu’il ne changera pas de direction lorsqu’il émerge de la lentille. Par conséquent, le rayon du milieu, le rayon trois, est la bonne réponse.

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