Video Transcript
Laquelle des lentilles concaves suivantes a la plus petite distance focale ? (A), (B), (C) ou (D).
Avant de commencer à répondre à cette question, rappelons ce qu’est la distance focale d’une lentille concave.
Lorsque des rayons lumineux parallèles passent par une lentille concave, la lentille a pour effet d’étaler ou de faire diverger les rayons lumineux. Après être passés par la lentille, ils ne sont plus parallèles entre eux et la distance entre chaque rayon lumineux augmente au fur et à mesure qu’ils s’éloignent de la lentille. Si nous considérons ces rayons lumineux divergents, nous pouvons remarquer un fait intéressant. Si nous prolongeons chacun de ces rayons vers arrière, en faisant abstraction de la lentille, il apparaît que tous les rayons semblent provenir d’un seul point. Ce point est appelé le foyer.
Notons que les rayons lumineux réels ne passent pas tous physiquement par ce point. Ils semblent provenir de ce point à cause de la manière dont la lentille a fait diverger les rayons. La distance focale d’une lentille est définie comme la distance entre le foyer et le centre de la lentille.
Dans cette question, on nous demande d’identifier la lentille concave qui a la plus petite distance focale. Avant de pouvoir faire cela, il faut comprendre pourquoi des lentilles concaves de forme différente ont des distances focales différentes. Des lentilles concaves de forme différente ont des distances focales différentes car elles font diverger les rayons lumineux parallèles de manière différente. Considérons, par exemple, deux séries de rayons lumineux après passage à travers des lentilles concaves de forme différente et qui ont donc divergé de manière différente. Si nous comparons ces deux séries de rayons lumineux, nous voyons que les rayons lumineux de droite sont beaucoup plus étalés que les rayons lumineux de gauche.
Maintenant, prolongeons les rayons vers l’arrière et repérons les foyers et les distances focales de chaque lentille. En comparant ces deux schémas, nous voyons que la lentille de droite a une distance focale beaucoup plus petite que la lentille de gauche. En effet, cette lentille a pour effet de faire diverger davantage la lumière, il semble donc que la lumière provienne d’un point plus proche de la lentille. Nous avons donc vu que la lentille qui provoque le plus de divergence des rayons lumineux est associée à la distance focale la plus petite.
Pour répondre à la question posée, nous devons identifier la lentille ayant la plus petite distance focale. Il s’agit de la lentille qui fait le plus diverger les rayons lumineux. À première vue, ces lentilles semblent toutes très similaires. Toutes les lentilles sont concaves et ont donc le même type de forme. Les lentilles sont toutes plus épaisses en haut et en bas, plus fines au centre et elles possèdent une courbe lisse de chaque côté.
Cependant, en regardant de plus près, nous voyons que les lentilles ont en fait des formes différentes. Le bord des lentilles se courbe de manière différente. Cette lentille ici possède la courbe la plus marquée et cette lentille ici la courbe la moins marquée. Alors, laquelle de ces lentilles fait diverger le plus les rayons lumineux et a donc la plus petite distance focale ?
Eh bien, la courbe de la lentille est en fait ce qui fait diverger les rayons lumineux. Il est donc logique que la lentille ayant la courbe la plus marquée provoque le plus de divergence des rayons lumineux et ait donc la plus petite distance focale. Par exemple, si des rayons lumineux parallèles passent à travers un prisme rectangulaire, sans bords incurvés, les rayons lumineux restent parallèles après avoir traversé la lentille. Ils ne divergent pas du tout.
Lorsque des rayons lumineux parallèles passent à travers une lentille légèrement concave, comme l’option (B), les rayons divergent légèrement. Lorsque les rayons parallèles passent à travers une lentille très concave, comme l’option (A), ils divergent beaucoup plus. Cela signifie que cette lentille à une distance focale beaucoup plus petite. Parmi les options qui nous sont données, la lentille (A) a la courbure la plus importante. Par conséquent, la lentille (A) est associée à une plus grande divergence des rayons lumineux parallèles. Cela signifie également que la lentille (A) a la plus petite distance focale. Donc, la bonne réponse à cette question est l’option (A).
