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La figure montre une lentille concave. Les rayons lumineux traversent la lentille dans le sens horizontal. Quelle ligne représente l’axe optique de la lentille?
Dans cette question, on nous donne un schéma optique qui nous montre une lentille concave avec cinq lignes différentes qui la traversent. On nous demande de trouver quelle droite correspond à l’axe optique de cette lentille.
Tout d’abord, rappelons ce que nous savons sur la forme des lentilles concaves et sur leur interaction avec les rayons lumineux. Une lentille concave est une lentille dont la surface incurvée est la plus épaisse le long des bords et la plus mince au centre de la lentille. Nous pouvons créer cette forme en prenant un cylindre et en orientant la face circulaire le long de l’axe horizontal. Si nous dessinons ensuite deux sphères le long des côtés du cylindre, comme nous l’avons montré ici, et retirons le matériau délimité par les sphères du cylindre, nous obtenons une forme qui correspond à une lentille concave.
Ensuite, pour nous aider à déterminer l’axe optique, examinons le centre de ces sphères ici. Ces deux points au centre sont appelés les centres de courbure car ils sont à égale distance de chaque point du bord de leurs sphères respectives.
Si nous traçons des lignes allant des centres de courbure au bord de chaque sphère, nous avons trouvé notre rayon de courbure pour ces sphères. Le rayon de courbure sera de même longueur, quel que soit le point sur le bord vers lequel il pointe, car la distance par rapport au centre de courbure est la même en tous points.
Notez que ces centres de courbure sont alignés avec le centre de notre lentille. En fait, si nous relions ces points, nous obtenons une droite qui passera par le centre géométrique de cette lentille. Nous appelons cette droite l’axe optique de notre lentille, et c’est ce que notre question nous demande de trouver dans le diagramme donné.
Comparons nos deux images. Nous recherchons l’axe optique de cette lentille, qui est la droite qui passe horizontalement par le centre de la lentille. Nous pouvons voir que les cinq lignes passent par le centre de notre lentille. Mais la plupart d’entre eux traversent avec une inclinaison. Seule la ligne numéro quatre passe par le centre et est également horizontale, ce qui signifie qu’il s’agit de notre axe optique. Par conséquent, la ligne quatre est la bonne réponse.
