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Par Ziad Helou et Louay Mardini École La Dauversière, Montréal, juin 2001 Validation du contenu et révision linguistique: Karine Lefebvre Science animée,

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1 Par Ziad Helou et Louay Mardini École La Dauversière, Montréal, juin 2001 Validation du contenu et révision linguistique: Karine Lefebvre Science animée, 2001 Cliquez ici pour commencer

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4 Il y a de cela très longtemps, des scientifiques ont découvert quelque chose qui, de nos jours, est utilisé dans plusieurs secteurs industriels et technologiques.

5 Il y a de cela très longtemps, des scientifiques ont découvert quelque chose qui,de nos jours, est utilisé dans plusieurs secteurs industriels et technologiques.

6 Il y a de cela très longtemps, des scientifiques ont décou vert quelque chose qui,de nos jours, est utilisé dans plusieurs secteurs industriels et technologiques.

7 Il y a de cela très longtemps, des scientifiques ont découvert quelq ue chose qui,de nos jours, est utilisé dans plusieurs secteurs industriels et technologiques.

8 Il y a de cela très longtemps, des scientifiques ont découvert quelque chose qui,de nos jours, est utilisé dans plusieurs secteurs industriels et technolog iques.

9 Cette découverte est...

10 Qu est-ce que c est ? Qui l a découvert ? Comment est-ce que cela fonctionne ? Dans quels domaines est-elle utilisée ?

11 L'introduction sur les lentilles L'historique La réfraction Les lentilles convergentes Les lentilles divergentes L'aberration chromatique et la vergence Les expériences et les exercices La conclusion et la bibliographie

12 réfringent Une lentille est un système optique réfringent qui fait converger ou diverger la lumière. La réfringence (réfringent) est la capacité dune substance transparente de faire dévier la lumière.

13 Il y a deux grandes familles de lentilles: Ces lentilles sont plus centre épaisses au centre que sur les côtés. Ces lentilles sont plus centre minces au centre que sur les côtés. C est beaucoup plus simple que je le croyais!

14 Les lentilles ont une origine artisanale. Leurs capacités à grossir l image des objets ont été découvertes par pur hasard vers le onzième siècle par des artisans verriers. Plusieurs scientifiques se sont ensuite mis au travail pour trouver différentes utilités à cette découverte miraculeuse. Un des personnages les plus importants fut Galiléo Galilée qui eu la brillante idée de chercher un instrument qui puisse lui permettre de regarder les astres de plus près. Depuis ce temps le développement de cet outil n a cessé de s améliorer. Qu est-ce que c est ? Ah! Mais bien sûr, c est le télescope ! Quelle invention géniale !

15 Sa personnalité : Cétait une personne qui n avait pas de frontières, pas de limites. Il était très émotif et avait un tempérament modéré. Passionné par lastronomie, il y a consacré sa vie entière. Sa vie professionnelle : Son intelligence est basée sur lintuition, souvent ni rationnelle, ni logique, mais toujours sensée. Il a été passionné de médecine et de psychologie mais a préféré se lancer dans la recherche des plus grands mystères de l univers intergalactique.

16 Sa santé : Sa santé fut vraiment fragile, il attrapait très facilement toutes sortes de maladies contagieuses en plus d avoir des problèmes de rhumatisme et de maladies de peau. Il résistait très peu aux températures froides et à l humidité, son plus grand point faible étant ses pieds. Ses grandes découvertes : : Découverte de la loi du mouvement pendulaire (isochronisme) : Construction du premier télescope appliqué aux observations astronomiques : Un petit cratère de 15 Km de diamètre sur la lune. Un gros cratère de 124 Km de diamètre sur Mars. Les quatre plus grandes lunes de Jupiter nommées: Les satellites Galiléens.

17 Pour comprendre le fonctionnement d une lentille, il faudrait dabord comprendre le phénomène de la réfraction.réfraction Prisme de verre (transparent) Air Prisme Air = rayon lumineux trajectoire sans réfraction trajectoire sans réfraction (Cliquer sur réfraction ou trajectoire sans réfraction pour avoir leur définition.)

18 Réfraction: C est le changement de direction de la lumière lorsquelle traverse la séparation entre deux milieux transparents d indices de réfraction différents. Trajectoire sans réfraction: C est la trajectoire normale de la lumière sans qu elle nest subie aucune réfraction. J en apprends des choses !

19 Comme leur nom l indique, ce sont des lentilles qui font converger la lumière, cest-à-dire, la dirige vers un point commun. Exemple: Lentille convergente Source de lumière Cliquer ici pour allumer la source.

20 Comme leur nom l indique, ce sont des lentilles qui font converger la lumière, cest-à-dire, la dirige vers un point commun.

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26 Point commun

27 On peut expliquer la vergence d une lentille à l aide de la réfraction dans les prismes : Prisme triangulaire droit Prisme triangulaire renversé Rayons lumineux Trajectoire sans réfraction Trajectoire sans réfraction Pas de réfraction car le rayon arrive sur l axe principal. Prisme rectangulaire

28 C est pour cette raison quon donne aux lentilles convergentes le symbole suivant: Symbole

29 Les différents types de lentilles convergentes sont : Les différents types de lentilles convergentes sont : Biconvexe Plan convexeMénisque convergent

30 Foyer objetFoyer image objet image Axe principal Tout rayon // à l axe principal se fait réfracter en passant par le foyer image. Tout rayon qui passe par le foyer objet est réfracté // à l axe principal. Tout rayon qui passe par C (centre de la lentille) ne sera pas réfracté. Lentille convergente Voici comment tracer l image d une lentille convergente. C Limage dune lentille convergente : Limage dune lentille convergente :

31 Cas 1: L objet est à l infini. Foyer objetFoyer image Axe principal Lentille convergente L image est un point au foyer image. lf 2lf lf : distance focale (entre le foyer et la lentille). Les différents cas de formation de limage dans une lentille convergente : Les différents cas de formation de limage dans une lentille convergente :

32 Foyer objetFoyer image Axe principal Lentille convergente lf 2lf Cas # 2: L objet est à plus de 2lf. L image est réelle, renversée et plus petite que l objet.

33 Foyer objetFoyer image Axe principal Lentille convergente lf 2lf Cas # 3: L objet est à 2 lf. L image est réelle, renversée, de même grandeur que l objet et est placée à égale distance de la lentille que l objet.

34 Foyer objetFoyer image Axe principal Lentille convergente lf 2lf Cas # 4: L objet est entre lf et 2 lf. L image est réelle, renversée et plus grande que l objet.

35 Foyer objetFoyer image Axe principal Lentille convergente lf 2lf Cas # 5: L objet est au foyer. Il n y a pas d image.

36 Foyer objetFoyer image Axe principal Lentille convergente Cas # 6: L objet est entre le foyer et la lentille. On prolonge les rayons réfractés. L image est virtuelle, plus grande que l objet et du même côté que celui-ci. Prolongations Située aux prolongements des rayons lumineux.

37 On utilise les lentilles convergentes dans les lunettes (pour la myopie) et dans les loupes, mais elles sont combinées avec des lentilles divergentes dans plusieurs autres appareils tels que les appareils photos, les microscopes, les télescopes, les jumelles... Images de quelques-uns de ces appareils: Lentilles divergentes ou convergentes Lentille convergente Système convergent Système de lentilles Système convergent Lutilisation des lentilles convergentes : Lutilisation des lentilles convergentes :

38 Dans ce cas aussi, comme leur nom l indique, ce sont des lentilles qui font diverger la lumière, cest-à-dire, lécarte de plus en plus. Exemple: Source de lumière Cliquer ici pour allumer la source. Lentille divergente

39 Dans ce cas aussi, comme leur nom l indique, ce sont des lentilles qui font diverger la lumière, cest-à-dire, lécarte de plus en plus.

40 Dans ce cas aussi, comme leur nom l indique, ce sont des lentilles qui font diverger la lumière, cest-à-dire, lécarte de plus en plus.

41 Dans ce cas aussi, comme leur nom l indique, ce sont des lentilles qui font diverger la lumière, cest-à-dire, lécarte de plus en plus.

42 Dans ce cas aussi, comme leur nom l indique, ce sont des lentilles qui font diverger la lumière, cest-à-dire, lécarte de plus en plus.

43 Dans ce cas aussi, comme leur nom l indique, ce sont des lentilles qui font diverger la lumière, cest-à-dire, lécarte de plus en plus.

44 Tout comme avec les lentilles convergentes, on peut expliquer la vergence de la lumière à l aide de la réfraction dans les prismes. Prisme triangulaire renversé Prisme triangulaire droit Rayons lumineux Trajectoire sans réfraction Trajectoire sans réfraction Pas de réfraction car le rayon arrive sur l axe principal. Prisme rectangulaire

45 C est pour cette raison quon donne aux lentilles divergentes le symbole suivant: Symbole

46 BiconcavePlan concaveMénisque divergent Les différents types de lentilles divergentes sont : Les différents types de lentilles divergentes sont :

47 Comme une lentille divergente na pas les mêmes propriétés qu une lentille convergente, il est évident que l image ne sera pas formée de la même façon., kytk7t6kuykukuk Limage dune lentille divergente : Limage dune lentille divergente :

48 Axe principal Lentille divergente Foyer imageFoyer objet Attention, les foyers sont renversés !

49 Axe principal Lentille divergente Foyer imageFoyer objet

50 Axe principal Lentille divergente Foyer imageFoyer objet Attention, les foyers sont renversés !

51 Axe principal Lentille divergente Foyer imageFoyer objet

52 Axe principal Lentille divergente Foyer imageFoyer objet Attention, les foyers sont renversés !

53 Axe principal Lentille divergente Foyer imageFoyer objet objet Tout rayon // à l axe principal se fait réfracter en passant par le foyer image. Tout rayon qui passe par le foyer objet est réfracté // à l axe principal. Tout rayon qui passe par C (centre de la lentille) ne sera pas réfracté.

54 L image est donc toujours virtuelle, droite et plus petite que l objet, tout comme vous l avez constaté, lors de la diapositive précédente. Axe principal Lentille divergente Foyer imageFoyer objet objet Seul cas de formation de limage dans une lentille divergente : Seul cas de formation de limage dans une lentille divergente :

55 On utilise les lentilles divergentes dans les lunettes (pour presbytie), mais elles sont combinées avec des lentilles convergentes dans plusieurs autres appareils tels que les appareils photos, les microscopes, les télescopes, les jumelles... Images de quelques-uns de ces appareils : Lentilles divergentes ou convergentes Système convergent Système de lentilles Système convergent Lutilisation des lentilles divergentes : Lutilisation des lentilles divergentes :

56 Puisque l indice de réfraction du verre est supérieur pour la lumière violette que la lumière rouge, l image formée par une lentille ne sera pas claire. Lumière blanche Lumière rouge Lumière bleue Foyer bleu Foyer rouge

57 La solution à ce problème est assez facile. En effet, il suffit de combiner une lentille divergente à cette lentille convergente. Lumière blanche Foyer Lumière rouge Lumière bleue

58 La vergence d une lentille est son aptitude à faire converger ou diverger la lumière. La vergence dépend :

59 1- Du rayon de courbure Petit rayon de courbure = Grande vergence Grand rayon de courbure = Petite vergence 2- De lindice de réfraction Plus n (l indice de réfraction) est élevé, plus la vergence est grande et inversement.

60 Voici comment trouver la distance focale d un système de lentilles convergentes. Notons tout dabord, quun système de lentilles est formé de deux ou plusieurs lentilles juxtaposées ensemble.

61 1- Effectuer le montage ci-dessous : ampoule 1 m Pâte à modeler écran lentilles

62 2- Allumer la source. ampoule 1 m Pâte à modeler écran lentilles

63 ampoule 1 m Pâte à modeler écran lentilles

64 ampoule 1 m Pâte à modeler 3- Bouger lécran jusquà la focalisation de la lumière incidente (jusquà ce que la lumière soit la plus concentrée en un point). lentilles

65 ampoule 1 m Pâte à modeler lentilles 3- Bouger lécran jusquà la focalisation de la lumière incidente (jusquà ce que la lumière soit la plus concentrée en un point).

66 ampoule 1 m Pâte à modeler lentilles 3- Bouger lécran jusquà la focalisation de la lumière incidente (jusquà ce que la lumière soit la plus concentrée en un point).

67 ampoule 1 m Pâte à modeler lentilles 3- Bouger lécran jusquà la focalisation de la lumière incidente (jusquà ce que la lumière soit la plus concentrée en un point).

68 ampoule 1 m Pâte à modeler 4- Mesurer la distance entre l écran et le système de lentilles: c est la distance focale (lf). lf

69 Voyons maintenant comment trouver la distance focale d un système de lentilles divergentes.

70 1- Effectuer le montage suivant : Boîte à rayons // 2 cm Pâte à modeler Lentilles divergentes

71 Boîte à rayons // 2 cm Pâte à modeler 2- On allume la boîte à rayons. = Rayon lumineux Lentilles divergentes

72 Boîte à rayons // 2 cm Pâte à modeler 3- On trace le prolongement des rayons extrêmes. = Rayon lumineux Foyer Lentilles divergentes

73 Boîte à rayons // 2 cm Pâte à modeler 4- On mesure la distance entre le foyer et le système de lentilles: cest la distance focale (lf). lf Lentilles divergentes

74 Pour calculer la hauteur de limage formée par une lentille ainsi que plusieurs autres variables, certaines formules mathématiques nous seront utiles. ÷÷ ÷ Mais avant de donner les formules, définissons ces variables.

75 Foyer objetFoyer image objet image Axe principal Lentille ho ho = hauteur de l objet hi hi = hauteur de l image do do = distance entre l objet et la lentille di di = distance entre l image et la lentille lf lf = distance focale (entre le foyer et la lentille) lo lo = distance entre l objet et le foyer objet li li = distance entre l image et le foyer image

76 G (grandissement) = == = = dodo 1 + = C (vergence) = (lf est en mètres) C (système) = C1+C2+C3+ …

77 - lo, ho, do et li sont toujours. - hi est si l image est renversée. - lf est si le foyer est virtuel (lentille divergente). - di est si l image est du même côté que lobjet. - G est si di ou hi est.

78 Pour mieux tester vos connaissances voici un exercice ! Un objet de 10 cm de hauteur est placé à 32 cm du foyer objet dune lentille convergente et on capte son image sur un écran situé de lautre côté de la lentille, à 8,0 cm du foyer image. Quelle est la hauteur de l image ? A. 10 cm C. 5 cm B. 23 cm D. 40 cm Cliquez sur la lettre pour vérifier la réponse. Pff ! Vraiment trop facile !

79 solution Oh non ! Je ne l ai pas réussi !! Ce n est pas aussi grave que cela ! Essaie de le comprendre.

80 Cliquez ici pour retourner à la table de matières. Cliquez ici pour voir tout de même la démarche et le prochain exemple. BRAVO !!! Youppi ! J ai compris !

81 cm lf lolilf Je trouve hi : cmhihi lo holf hihi lo lf hoho hihi Je fais une esquisse: Je trouve lf: Foyer objetFoyer image Axe principal Lentille convergente lf 2lf 10 cm 5 cm 32 cm 8 cm ProchainProchain exercice Prochain

82 Pour mieux tester vos connaissances voici un deuxième exercice ! Un objet est placé à 60 cm dune lentille divergente dont la distance focale est de 27 cm. Trouver la distance entre limage et la lentille. A. 17 cm B. 5 cm C. 21 cm D. 19 cm

83 Oh non ! Je ne l ai pas réussi !! Ce n est pas aussi grave que cela ! Essaie de le comprendre. Solution

84 Cliquez ici pour retourner à la table de matières. Cliquez ici pour voir tout de même la démarche. BRAVO !!! Youppi ! J ai compris !

85 Je trouve di: 1- Je fais une esquisse: Axe principal Lentille divergente Foyer image Foyer objet objet do lf 1 = – 1 = 1 1 – 1 = 1 lf di do lf do di di -0,054 = 1 di = 1 = -19 cm di -0,054

86 Lunivers des lentilles est immense et indispensable à lévolution technologique de notre société car, depuis sa découverte, on lui attribue sans cesse de nouvelles utilités. Nous espérons que notre travail vous a permis de mieux connaître ce merveilleux univers.

87 Livres: - Prat, Roland. Loptique, Bourges, Limprimerie Tardy, 1962, 191 p. - Haber-Schaim, Uri. Physique, Montréal, Centre Éducatif et Culturel Inc., 1974, 607 p. - Bouchard, Régent. Phénomènes lumineux, Montréal, LIDEC, 1992, 294 p. Sites internet: - LUM. (15 février 2001).LUM, [En ligne]. Adresse URL:http://linux-france.org/prj/lum/ - Charrier, Jean. (12 février 2001). Optique & Cabri, [En ligne]. Adresse URL: - Association Marseillaise dAstronomie. (27 février 2001). Notionsdoptique, [En ligne]. Adresse URL:http://serge.bertorello.free.fr/optique/optique.html


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