Transcription de la vidéo
Dans cette vidéo, nous allons apprendre à identifier les propriétés optiques des lentilles concaves. Avant de parler de ce type de lentille, comprenons ce qu’est une lentille.
Une lentille peut avoir n’importe quelle forme. Les deux choses importantes à propos des lentilles sont d’abord que la lumière peut les traverser. Donc, ici, nous avons un rayon de lumière. Et au lieu d’être bloqué ou réfléchi par la lentille, nous voyons qu’il peut la traverser. C’est une des propriétés des lentilles. La deuxième chose que toutes les lentilles ont en commun est qu’elles courbent ou réfractent la lumière. Nous pouvons voir que, ici, le rayon de lumière se courbe un peu quand il passe dans la lentille. Et puis, il se courbe ou se réfracte également quand il sort. Alors, en premier, toutes les lentilles sont transparentes. Cela signifie que nous pouvons voir à travers. Les lentilles peuvent être faites d’un matériau comme le verre ou le plastique transparent. Et puis deuxièmement, toutes les lentilles courbent ou réfractent les rayons de lumière.
Dégageons un peu d’espace et pensons à un type particulier de lentille, une lentille concave. Commençons par une lentille avec cette forme, nous pouvons en faire une lentille concave. Ce que nous faisons, c’est faire deux grands cercles de la même taille. Ensuite, nous imaginons que nous découpons du matériau dans ce bloc pour suivre les formes de ces cercles. Donc, maintenant, notre lentille ressemble à ceci. Nous avons maintenant une lentille concave. Notez que cette lentille est plus mince au milieu et plus épaisse en haut et en bas. Chaque fois que nous voyons que la forme et les côtés de la lentille suivent un arc de cercle, nous savons que nous avons une lentille concave.
Chacun de ces deux cercles que nous avons utilisés pour définir notre objectif dispose d’un point central. Ce sont les points sur les cercles qui sont à la même distance de tout emplacement sur la circonférence du cercle. Cela signifie donc que chacun de ces points centraux est à la même distance de tout point de la surface de la lentille la plus proche de ce centre. Pour cette raison, chacun de ces points est appelé un centre de courbure. Il y a le centre de courbure de la lentille à gauche et le centre de courbure de la lentille à droite. La distance entre chaque centre de courbure et la surface la plus proche de la lentille est appelée rayon de courbure.
Puisque ces deux cercles ont la même taille, c’est-à-dire qu’ils ont le même rayon, le rayon de courbure de l’un est le même que le rayon de courbure de l’autre. Effaçons tout, sauf la lentille et ses deux centres de courbure. Si nous traçons une ligne qui passe par ces deux points, nous avons créé ce qu’on appelle l’axe optique ou l’axe principal. Il s’agit de la ligne qui parcourt les deux centres de courbure de la lentille, ainsi que le centre exact de la lentille. L’axe optique est utile pour nous montrer comment les rayons de lumière seront réfractés par cette lentille concave.
Par exemple, disons que nous avons un rayon de lumière entrant qui se déplace parallèlement à l’axe optique. Lorsque ce rayon atteint notre lentille, plutôt que de continuer en ligne droite, la lentille réfractera ou courbera le rayon de lumière. Comme nous le voyons, cela se produit deux fois lorsque le rayon entre et sort de la lentille. Une lentille concave change donc la trajectoire d’un rayon de lumière. Et si nous avions un autre rayon entrant également parallèle à l’axe optique, nous verrions qu’une fois de plus le rayon passe dans la lentille, mais il est réfracté. En ajoutant quelques-uns de ces rayons parallèles, nous voyons quelque chose d’intéressant. L’effet de notre lentille concave sur la lumière est de l’étaler. Ces rayons s’éloignent de plus en plus les uns des autres après avoir traversé la lentille.
Lorsque les rayons de lumière font cela, nous disons qu’ils divergent. Cela signifie que la distance entre les rayons adjacents augmente à mesure que les rayons avancent dans l’espace. Mais cela soulève alors une question. Si notre lentille concave fait diverger les rayons, comment peuvent-ils se croiser pour former une image? Si les rayons de lumière ne se rencontrent jamais, s’ils ne se croisent jamais, alors aucune image ne sera formée. Pour comprendre comment cela fonctionne, plaçons notre œil juste ici de ce côté de notre lentille. Cela signifie que tous ces rayons de lumière divergents arriveraient sur notre œil. Et ce que notre œil ferait, c’est de retracer ces rayons réfractés vers l’arrière.
Par exemple, pour ce rayon de lumière en haut, une fois qu’il atterrit sur notre œil, notre œil perçoit ce rayon de lumière comme se déplaçant sur une trajectoire comme celle-ci que nous avons montrée avec la ligne pointillée. Et puis, de même, pour ce rayon de lumière, notre œil le retracerait en arrière pour percevoir qu’il se déplace le long de cette ligne pointillée. La même chose vaut pour les autres rayons réfractés. Notre œil les perçoit tous comme se déplaçant en ligne droite. Et il voit donc un point d’intersection de ces droites ici. Puisque c’est là que tous les rayons semblent se concentrer, cela s’appelle le point focal. C’est là que notre œil pense que tous ces rayons de lumière sont originaires, d’où ils viennent. C’est là qu’il voit une image.
La distance entre le point focal et le centre même de la lentille ici, disons que nous mesurons cette distance en ligne droite de cette façon, est appelée la distance focale. Maintenant, voici quelque chose de très important. Tout comme les deux côtés de notre lentille concave ont un centre de courbure, les deux côtés ont un point focal et les deux côtés ont une distance focale. Nous voyons que ce point focal et cette distance focale sont impliqués si nous laissions des rayons de lumière s’approcher de la lentille de ce côté. Et c’est ce qui se passe. Les rayons de lumière peuvent atteindre la lentille de n’importe quel côté. Sachant tout cela sur les lentilles concaves, regardons maintenant quelques exemples.
Quel schéma montre une lentille concave?
Nous savons que, en général, une lentille est un objet qui laisse passer la lumière. C’est-à-dire qu’elle est transparente. Et lorsque la lumière traverse une lentille, elle est réfractée ou courbée. Toutes nos réponses (A), (B), (C) et (D) montrent des objets qui font ces deux choses. Ils laissent passer la lumière et la réfractent. Tous ces objets sont donc des lentilles, et nous devons déterminer laquelle est une lentille concave.
Une lentille concave est une lentille plus mince en son milieu et plus épaisse en haut et en bas. La seule de nos lentilles qui est comme cela est la lentille (D). Nous voyons qu’elle est plus mince en son milieu et plus large ou plus épaisse en haut et en bas. Et puis, et c’est un autre signe d’une lentille concave, les bords de la lentille ressemblent à une partie d’un cercle. La lentille dans la réponse (D) montre cette forme. Notre réponse est donc que l’option (D) est une lentille concave.
Voyons maintenant un autre exemple.
Le schéma montre une lentille concave. Quelle ligne représente l’axe optique de la lentille?
D’accord, nous voyons donc ces cinq lignes - ligne un, ligne deux, ligne trois, ligne quatre et ligne cinq - passer dans cette lentille concave. Nous voulons savoir quelle ligne représente l’axe optique de la lentille. Cet axe passe directement par le centre de la lentille. Cependant, nous pouvons voir que les cinq lignes font cela. Toutes passent par ce point central. Alors rappelons-nous autre chose sur l’axe optique d’une lentille concave. Une lentille concave, on pourrait dire, est composée de deux surfaces. Ici, la ligne rose en pointillés montre une surface, et la ligne orange en pointillés en montre une autre. Chacune de ces surfaces est en forme d’une partie de cercle.
Ainsi, par exemple, la surface supérieure fait partie d’un cercle plus grand dont la forme ressemble en partie à ceci. La surface inférieure de la lentille fait partie d’un cercle plus grand qui ressemble un peu à ceci. Chacun de ces deux cercles, et nous n’en voyons qu’une partie, a un point central, un point qui est à la même distance de tous les points de la circonférence du cercle. Nous ne savons pas exactement où se trouvent ces points centraux. Mais si nous devons faire une estimation, pour le cercle rose, nous pourrions mettre son point central ici. Et puis, pour le cercle orange, son centre pourrait être situé ici. Où que se trouvent ces points centraux, ils se trouvent à la même distance des deux côtés du cercle.
L’axe optique d’une lentille est une ligne qui relie les deux centres de courbure de cette lentille. Pour notre lentille concave, cette ligne bleue correspond à peu près à son axe optique. Et remarquez que cette ligne bleue chevauche l’une de nos cinq lignes. Cela nous indique alors la réponse à cette question. C’est la première ligne qui nous montre l’axe optique de la lentille.
Regardons maintenant un autre exercice.
Le schéma montre une lentille concave. Quels points du schéma marquent les centres de courbure de la lentille? Sélectionnez toutes les réponses pertinentes. (A) Point un, (B) point deux, (C) point trois, (D) point quatre, (E) point cinq.
Sur notre schéma, nous voyons tous ces cinq points étiquetés. Nous voulons déterminer le ou les points qui marquent les centres de courbure de cette lentille concave. Remarquez quelque chose sur la lentille. Ses surfaces latérales font partie d’une forme circulaire plus grande. En d’autres termes, chaque côté de notre lentille concave a un arc de cercle. Nous voyons les deux grands cercles esquissés avec ces lignes en pointillés orange. Comme tout cercle, ces cercles ont un point central. C’est un point qui est à la même distance de chaque point de la circonférence du cercle.
Lorsque deux cercles définissent la forme d’une lentille concave, comme ces deux cercles le font ici, ces centres sont appelés les centres de courbure de la lentille. Nous pouvons voir que le point central du cercle de gauche est ici. C’est le point deux. Ensuite, le centre du cercle de droite se trouve ici. C’est le point cinq. Ces deux points, les points deux et cinq, sont les centres de courbure de la lentille concave. Pour notre réponse, nous choisissons la réponse (B), qui est le point deux, et la réponse (E), le point cinq.
Voyons maintenant un dernier exemple.
Le schéma montre une lentille concave. Quelle ligne représente le rayon de courbure de la lentille?
Nous voyons ici trois lignes indiquées: ligne un, ligne deux et ligne trois. Avant de penser à ces lignes, notez cependant que deux points sont indiqués sur ce schéma. Un point est ici. C’est le point au centre de ce cercle orange en pointillés. L’autre point est ici, qui est au centre de cette lentille concave. Notez que si nous dessinons une ligne verticale qui passe par le centre du cercle, alors les débuts des lignes un, deux et trois sont tous le long de cette ligne. En d’autres termes, les trois sont alignés avec le centre de ce cercle orange.
Mais alors, regardons où les lignes se terminent. La ligne un se termine ici, sur la surface extérieure de cette lentille concave. La ligne deux se termine bien ici, ce qui est en ligne avec ce deuxième point. La ligne deux va du centre du cercle au centre de la lentille. Puis, enfin, il y a la ligne trois, qui va du centre du cercle à la surface interne de la lentille. Nous voulons choisir laquelle de ces trois montre le rayon de courbure de la lentille.
Il y a en fait un nom pour ce point au centre du cercle orange. Cela s’appelle le centre de courbure de la lentille. La distance entre le centre de courbure et tout point de la surface interne de la lentille est la même. Et puis, remarquez quelle est cette distance. C’est du centre du cercle à la circonférence. C’est égal au rayon du cercle. Parce que notre cercle aide à définir la forme d’une lentille, cette distance est appelée rayon de courbure. Il nous indique à quel point la surface de la lentille est peu incurvée.
Notez que ce que nous avons appelé le rayon de courbure ne se trouve sur aucune de nos trois lignes. C’est parce que le rayon de courbure est juste une distance. L’une des lignes un, deux ou trois indique que la même distance est le rayon de courbure de la lentille. Rappelez-vous que nous avons vu que la première ligne passe par le centre de courbure vers la surface extérieure de la lentille. La ligne un est alors plus longue que le rayon de courbure. La ligne deux va du centre de courbure au centre de la lentille. Elle aussi est donc légèrement plus longue que le rayon de courbure. La ligne trois, cependant, commence au centre de courbure et se termine ici sur la partie courbe intérieure de la lentille.
Alors, la longueur de la ligne trois est la même que la longueur de cette ligne que nous avons dessinée ici que nous avons appelée le rayon de courbure. Et cela nous donne notre réponse. La ligne trois est la ligne qui montre le rayon de courbure de cette lentille concave.
Terminons maintenant cette leçon en passant en revue quelques points clés. Dans cette vidéo, nous avons vu qu’une lentille est un objet qui est transparent - c’est-à-dire que la lumière la traverse - et qui réfracte ou courbe les rayons lumineux. Une lentille concave, un certain type de lentille, est formée comme suit. Les côtés d’une lentille concave sont formés comme faisant partie d’un cercle plus grand. Chacun de ces cercles a un point central, et les deux sont appelés les centres de courbure de la lentille. Une ligne passant par les deux centres de courbure est appelée axe optique ou axe principal de la lentille. Lorsque des rayons de lumière parallèles atteignent puis passent à travers la lentille, ils sont écartés les uns des autres. Les rayons sont dits divergents.
Cependant, si nous retraçons les rayons réfractés vers l’arrière, nous voyons que ces traces se croisent. Ils se croisent à un endroit connu comme étant le point focal de la lentille. Tout comme chaque côté de la lentille a un centre de courbure, chaque côté a un point focal. Un seul point focal est parfois appelé foyer. Lorsque nous avons plus d’un foyer, nous les appelons des foyers. Et enfin, si nous mesurons la distance entre l’un des points focaux de la lentille et le centre de la lentille, cette distance en ligne droite est égale à ce qu’on appelle la distance focale de la lentille. Ceci est un résumé des lentilles concaves.