Vidéo question :: Faire le lien entre la distance focale d’une lentille convexe et son rayon de courbure Sciences

Transcription de la vidéo

Laquelle des lentilles convexes suivantes possède la distance focale la plus courte ? (A), (B), (C) ou (D)?

Avant d’aborder cette question, rappelons ce qu’est la distance focale d’une lentille convexe. Lorsque des rayons lumineux parallèles passent par une lentille convexe, la lentille a pour effet de faire converger, ou se rapprocher, les rayons lumineux. Après passage à travers la lentille, les rayons ne sont plus parallèles les uns par rapport aux autres. Et plus les rayons lumineux s’éloignent de la lentille, plus la distance entre chaque rayon diminue. Comme les rayons convergent, ils se croisent tous en un même point. C’est ce qu’on appelle le foyer de la lentille. 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 convexe qui a la distance focale la plus courte. Avant de faire cela, il faut comprendre pourquoi des lentilles convexes de formes différentes ont des distances focales différentes. Des lentilles convexes de formes différentes ont des distances focales différentes car elles font converger les rayons lumineux parallèles de manière différente.

Par exemple, considérons deux ensembles de rayons lumineux, qui sont tous les deux passés à travers des lentilles convexes de formes différentes et qui ont donc convergé de manière différente. Si nous comparons ces deux ensembles de rayons lumineux, nous voyons que les rayons lumineux du côté droit ont convergé beaucoup plus tôt que les rayons lumineux du côté gauche. Ajoutons les foyers et les distances focales pour chaque ensemble de rayons. Si nous comparons ces deux schémas, nous voyons que la lentille de droite a une distance focale beaucoup plus courte que la lentille de gauche. En effet, cette lentille fait converger la lumière davantage, de sorte que les rayons lumineux se croisent en un point beaucoup plus proche de la lentille. Nous avons donc vu que la lentille qui fait converger le plus les rayons lumineux possède la distance focale la plus courte.

Pour répondre à la question qui nous a été posée, il faut identifier la lentille qui a la distance focale la plus courte. C’est la lentille qui fait converger le plus les rayons lumineux. À première vue, ces lentilles semblent toutes très similaires. Toutes les lentilles sont convexes et ont donc le même type de forme. Toutes les lentilles sont plus fines en haut et en bas qu’au milieu, et toutes les lentilles sont composées de deux courbes de chaque côté. Cependant, en regardant de plus près, nous voyons que les lentilles ont en fait des formes différentes. Les bords des lentilles se courbent de manière différente. Cette lentille ici a les bords les plus courbés. Et cette lentille ici a les bords les moins courbés.

Alors, laquelle de ces lentilles fait converger le plus les rayons lumineux et, par conséquent, a la distance focale la plus courte ? Alors, c’est en fait la courbe du bord de la lentille qui fait converger les rayons lumineux. Il est donc logique que la lentille ayant les bords les plus courbés fasse davantage converger les rayons lumineux et, par conséquent, qu’elle ait la distance focale la plus courte.

Par exemple, si des rayons lumineux parallèles passent à travers un prisme rectangulaire sans bords courbes, les rayons lumineux sont toujours parallèles après avoir traversé la lentille. Ils ne convergent pas du tout. Lorsque des rayons lumineux parallèles passent à travers une lentille légèrement convexe, comme l’option (D), les rayons convergent légèrement. Les rayons se croisent en un point très éloigné de la lentille. Lorsque des rayons parallèles passent à travers une lentille très convexe, comme l’option (A), ils convergent beaucoup plus. Cela signifie que cette lentille a une distance focale beaucoup plus courte.

Parmi les options qui nous sont données, la lentille (A) possède la courbure la plus importante. La lentille (A) provoque donc une plus grande convergence des rayons lumineux parallèles. Cela signifie également que la lentille (A) possède la distance focale la plus courte. La bonne réponse à cette question est donc l’option (A).