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La figure montre cinq rayons lumineux qui passeront à travers une lentille convexe mince. Lequel des rayons lumineux ne changera pas de direction lorsqu’il passe à travers la lentille?
Ici, on nous donne un schéma d’une lentille convexe avec cinq rayons de lumière 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 qu’est une lentille convexe et sur le comportement des rayons lumineux lorsqu’ils les traversent.
Tout d’abord, regardons la forme d’une lentille convexe. Comme on le voit de côté, elle peut être créé en chevauchant deux cercles et en prenant la partie au milieu. Nous pouvons voir que notre lentille est plus mince aux bords, alors qu’elle est plus épaisse au centre. Cette forme permet aux lentilles convexes de focaliser les rayons lumineux lors de leur passage et de les faire converger en un point situé de l’autre côté de la lentille. Les rayons lumineux qui sont parallèles à l’axe optique mais pas confondu avec lui subiront un changement de direction et seront déviés vers l’axe optique et convergeront en un point appelé le foyer.
Maintenant, regardons le centre de la lentille. Et notons qu’il est aligné avec le centre de courbure de chacun des cercles qui déterminent la forme de la lentille. Un centre de courbure d’un cercle est un point situé à égale distance de chaque point du périmètre d’un cercle. Cette distance est appelée rayon de courbure et est égale le rayon du cercle.
Si nous relions les centres de courbure par une droite, cette droite passe par le centre de la lentille et définit l’axe optique de la lentille. Si nous prenons le point sur l’axe optique qui est au centre de la lentille, c’est un point spécial dans une lentille convexe. Si des rayons lumineux passent par ce point, ils passeront sans changer de direction. Sachant cela, nous pouvons regarder la figure dans la question et trouver le rayon qui passe par le point le long de l’axe optique au centre de la lentille.
En regardant les cinq rayons qui nous sont donnés, les rayons un et deux sont au-dessus de l’axe optique, tandis que les rayons quatre et cinq sont en dessous de l’axe optique. Ces rayons se déplacent tous horizontalement parallèlement à l’axe optique, ce qui signifie qu’ils ne peuvent pas passer par le centre de la lentille convexe et seront plutôt focalisés et passeront par le foyer de l’autre côté de la lentille. Le rayon trois se déplace le long de l’axe optique et passe donc par le centre de la lentille. Le rayon trois ne changera alors pas de direction en passant à travers la lentille. Le rayon trois est la bonne réponse.
