1ereCh8 Le mécanisme de la vision et des lentilles

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  • La propagation de la lumière
  • La description sommaire du mécanisme de la vision
  • Les lentilles convergentes et divergentes ainsi que leurs symboles
  • Le centre optique O, les foyers objet F et image F’ d’une lentille convergente. La distance focale f’ et la vergence d’une lentille
  • La formation d’une image par une lentille convergente, son caractère réel ou virtuel et son grandissement
  • Le principe de la loupe
Schéma de l'oeil

Odoo image et bloc de texte

L’œil est l’organe nous permettant de voir le monde qui nous entoure. Il est composé d’un certain nombre de milieux transparents. Les plus importants qui peuvent alors être modélisés en physique sont :

    • l’iris, qui permet de réguler la quantité de lumière
    • Le cristallin, qui permet la formation de l’image
    • La rétine, qui permet la réception de l’image

On dit qu’il se forme dans l’œil l’image d’un objet observé. Image ensuite analysée par le cerveau via le nerf optique.

L'oeil réel et le modèle optique de l'oeil
Odoo image et bloc de texte

L’œil réel : Ses principaux composants sont :

    • La pupille : ouverture par laquelle pénètre la lumière
    • L’iris : muscle qui augmente ou diminue la taille de la pupille
    • Le cristallin : permet d’obtenir l’image d’un objet observé
    • La rétine : endroit de l’œil où se forme l’image
    • Le nerf optique : canal de transmission de l’image au cerveau

A ces principaux composants de l’œil réel, il faut ajouter la cornée qui est l’enveloppe protectrice de l’œil.

Le modèle optique de l’œil : En physique on associe :

    • L’iris à un diaphragme
    • Le cristallin à une lentille convergente
    • La rétine à un écran
Les lentilles minces sphériques
Odoo image et bloc de texte

Une lentille sphérique est constituée d’un milieu transparent (le plus souvent du verre) limité par deux calottes sphériques. Certaines lentilles n’ont qu’une seule face de forme sphérique, l’autre est alors plane.

Ces lentilles ont un axe de symétrie qui passe par leur centre : l’axe optique.

Les lentilles que nous allons étudier sont des lentilles minces : leur épaisseur est faible par rapport aux rayons des calottes sphériques.

Il existe deux types de lentilles minces :

    les lentilles minces convergentes et les lentilles minces divergentes.

Comment distinguer les deux types de lentilles ?

La lentille convergente a des bords minces tandis que la lentille divergente a des bords épais.

Représentation symbolique d'une lentille convergente et d'une lentille divergente

Un faisceau incident de lumière parallèle : émerge sous forme de faisceau convergent et émerge sous forme de faisceau divergent.


Odoo CMS - une grande photo

Caractéristique d'une lentille convergente
Odoo CMS - une grande photo


Odoo image et bloc de texte
  • Tout rayon incident passant par O n’est jamais dévié.
  • Tout rayon incident parallèle à l’axe optique émerge de la lentille en passant par F’ le foyer image
  • Tout rayon incident passant par F (foyer objet) émerge de la lentille parallèlement à l’axe optique
  • On note par f’ la distance focale OF’ comptée positivement car dans le sens de la lumière. f’ s’exprime en mètre (m)
  • On note par V la vergence de la lentille qui correspond à l’inverse de la distance focale f’. Ainsi on a : V = 1/f’.
  • Son unité est la dioptrie de symbole δ

Remarque : la vergence d’une lentille convergente est positive, celle d’une lentille divergente est négative car f’ est comptée négativement

Formation d'une image par une lentille convergente
Odoo image et bloc de texte


1er cas : obtention d’une image réelle

L’objet est AB.

Pour trouver par construction géométrique son image que l’on notera A’B’, il suffit d’utiliser les propriétés des 3 points remarquables d’une lentille convergente : O, F et F’. L’intersection des trois rayons donne le point B’ image du point B. On trouve alors facilement le point A’ image du point A.

Dans ce 1er cas, l’image se forme dans l’espace image (à droite de la lentille), on dit alors qu’elle est réelle. On peut aussi ajouter que sa taille est plus petite que celle de l’objet AB et qu’elle est renversée.

On appelle le grandissement le rapport de la taille de l’image sur celle de l’objet. On note le grandissement par la lettre grecque gamma : ϒ

Si l’image A’B’ est plus petite que l’objet AB, alors ϒ < 1.  

Odoo image et bloc de texte

2ième cas : obtention d'une image virtuelle

Dans ce cas de figure, on constate que jamais les rayons émergents de la lentille ne se croiseront dans l’espace image. Aussi, pour trouver le point B’ image du point B, il suffit de prolonger en pointillés les rayons tracés qui utilisent toujours les propriétés caractéristiques des points O, F et F’.

On trouve alors le point B’ et on en déduit la position de l’image A’B’.

Ici, l’image se forme dans l’espace objet (à gauche de la lentille), on qualifie cette image de virtuelle. On constate aussi que l’image est plus grande que l’objet et qu’elle est à l’endroit. C’est le principe de la loupe. En effet, la loupe donne une image virtuelle et agrandie d’un objet.

A retenir

  • Les 3 points remarquables d'une lentille sont O, F et F' : O étant le centre optique de la lentille, F son foyer objet et F' son foyer image.

  • La distance focale f' correspond à la distance OF'. Elle est reliée à la vergence V par le relation V = 1/f', V s'exprime en dioptrie (symbole δ) et f'en m.

  • Si l'image obtenue se situe dans l’espace image elle est alors réelle, si elle est obtenue dans l’espace objet elle est virtuelle

  • Si l'image obtenue est en sens opposé à l’objet, elle est qualifiée de renversée, si elle est dans le même sens que l’objet elle est dite à l’endroit.

  • Si la taille de l’image est supérieure à celle de l’objet, elle est dite plus grande que l’objet. Elle est qualifiée de plus petite si sa taille est inférieure à celle de l’objet.

  • Dans le cas d’une loupe, l’image est virtuelle, à l’endroit et agrandie.Le tracé des 3 rayons particuliers permet d’obtenir l’image A’B’ d’un objet AB au travers d’une lentille convergente ou d’une lentille divergente :
    - tout rayon passant par le centre optique n’est pas dévié

  • tout rayon  passant par le foyer objet F ressort de la lentille parallèlement à l’axe optique,

  • tout rayon  arrivant parallèlement à l’axe optique, ressort de la lentille en passant par le foyer image F’. 


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