Vidéo question :: Déterminer la position du foyer pour une lentille concave Sciences

Transcription de la vidéo

La figure montre une lentille mince concave. La lentille est symétrique. Le point marqué 𝑃 est l’un des foyers de la lentille. En utilisant la grille, déterminez lequel des points - I, II, III ou IV - est l’autre foyer de la lentille.

Dans cette question, on nous montre une figure avec une lentille concave sur une grille, avec l’un des foyers de la lentille noté 𝑃 et quatre autres points. On nous demande de déterminer lequel des quatre points est l’autre foyer de cette lentille concave.

Maintenant, rappelons-nous que la forme d’une lentille concave peut être créée en chevauchant un cylindre et deux sphères, comme indiqué. Si le matériau chevauchant du cylindre est retiré, nous aurons la forme d’une lentille concave. Si nous considérons une coupe transversale à deux dimensions d’une lentille divergente, elle ressemble à la forme réalisée en supprimant deux parties égales d’un cercle des côtés opposés d’un rectangle. La forme produite est plus épaisse aux bords et plus mince au centre. Cette forme fait que les lentilles concaves agissent comme des lentilles divergentes. Cela signifie que les rayons lumineux qui traversent une lentille concave changeront de direction pour se diverger ou s’éloigner les uns des autres.

Les centres des cercles que nous avons vus pour déterminer la forme de la section d’une lentille concave sont les centres de courbure de la lentille. Si nous relions les centres de courbure par une ligne, la ligne passe par le centre de la lentille. Cette ligne s’appelle l’axe optique. Si un rayon de lumière se propageait le long de cette ligne à travers la lentille, il ne changerait pas de direction lors de son passage à travers la lentille.

Voyons ce qui se passe lorsque quelques rayons de lumière se déplaçant parallèlement à l’axe optique pénètrent dans la lentille. Ces rayons extérnes changent de direction. Les rayons sembleront diverger d’un point du côté de la lentille à partir duquel ils pénètrent dans la lentille. Si nous prolongeons le chemin de ces rayons après leur sortie de la lentille de l’autre côté la lentille, nous constatons que les chemins étendus convergent tous au même point. Ce point est appelé le foyer de la lentille. Une lentille concave est symétrique, elle a donc deux foyers, un de chaque côté de la lentille, chacun à égale distance du centre de la lentille.

Alors maintenant, nous savons comment trouver le foyer d’une lentille concave. Revenons à la figure donnée dans la question et utilisons notre point 𝑃 pour dessiner des rayons. Nous pouvons choisir deux points le long de l’axe vertical de la lentille et tracer des lignes partant du foyer 𝑃 passant par ces points. Notons que ce ne sont pas des rayons lumineux que nous dessinons, mais à ce stade, des lignes en pointillés. Supposons que deux rayons lumineux étaient initialement parallèles à l’axe optique de la lentille lorsqu’ils entraient dans la lentille en ces deux points que nous avons choisis. Les lignes du côté opposé au point 𝑃 nous montrent les chemins que ces rayons lumineux parcourraient après leur entrée dans la lentille. Nous pouvons mesurer la distance horizontale du point 𝑃 au centre de la lentille, qui est trois carreaux sur cette grille.

Parce que les lentilles concaves sont des lentilles symétriques, la distance focale pour les deux foyers de la lentille sera la même. Nous pouvons donc mesurer trois carrés du centre de la lentille vers la droite. Nous pouvons voir que le point II est à trois carreaux du centre de la lentille. Donc, cela doit être notre deuxième foyer. Traçons les lignes du point II aux points que nous avons faits sur l’axe vertical de la lentille. Comme cette lentille est symétrique, ces droites doivent être des copies inversées des lignes du point 𝑃. Et c’est exactement ce que nous voyons lorsque nous les dessinons. Par conséquent, le point II est le deuxième foyer de la lentille. Le point II est la bonne réponse.