Réfraction, lentilles et formation d’une image

01Comprendre

La lumière change de direction lorsqu’elle traverse une interface entre milieux d’indices différents, sauf incidence particulière. La réfraction vérifie n₁sin i₁ = n₂sin i₂, les angles étant mesurés à la normale. Une lentille convergente peut former une image réelle d’un objet placé au-delà du foyer ; un écran permet alors de la recueillir. Un schéma utilise des rayons remarquables et une échelle. La taille, l’orientation et la position de l’image dépendent de la position de l’objet.

02Un exemple

Un rayon parallèle à l’axe ressort d’une lentille convergente en passant par le foyer image. Un rayon passant par le centre optique est considéré non dévié dans le modèle de lentille mince.

03À toi de jouer

Quel rayon est considéré non dévié par une lentille mince ?

Correction : Celui qui passe par le centre optique. C’est l’un des rayons remarquables du modèle.

04Appliquer les lois de Snell-Descartes

Lorsqu’un rayon lumineux rencontre une interface, une partie peut être réfléchie et une autre réfractée. Les angles sont mesurés par rapport à la normale, la droite perpendiculaire à l’interface. La réflexion vérifie i = r. La réfraction vérifie n₁ sin i₁ = n₂ sin i₂, où n₁ et n₂ sont les indices des milieux traversés.

Si la lumière passe vers un milieu d’indice plus grand, le rayon réfracté se rapproche de la normale. Un rayon incident perpendiculaire à l’interface ne change pas de direction, même si sa célérité change. Les indices dépendent aussi de la longueur d’onde ; cette dépendance contribue à la dispersion de la lumière blanche.

Exemple : Pour un passage de l’air d’indice 1,00 vers un verre d’indice 1,50 sous 30°, sin i₂ = (1/1,5) × 0,5 = 1/3. L’angle i₂ est proche de 19,5°. Le rayon se rapproche donc de la normale.

Travailler cette notion avec sa méthode, son exercice et son quiz.