Tester expérimentalement les propriétés de la lentille mince convergente

Si on touche la lentille mince convergente, on remarque qu’elle possède des bords fins et un centre épais.

La lentille mince convergente biconvexe possède 2 bords convexes.

Lentille mince convergente biconvexe

On fait passer un rayon lumineux par le centre O de la lentille mince convergente.

On remarque que ce rayon lumineux ne subit aucune dérivation.

Ce point O est appelé centre optique. Tout rayon qui passe par le centre optique n’est jamais dévié.

On schématise cette propriété du centre optique par le schéma suivant.

Schéma de l’expérience

On envoie un faisceau de rayons parallèles à l’axe optique optique sur la lentille mince convergente.

On remarque que ces rayons lumineux traversent la lentille mince convergente puis convergent en un seul point.

Ce point est appelé foyer image F' de la lentille. Tout rayon qui arrive parallèle à l’axe optique ressort de la lentille en convergeant vers le point focal image F'.

On schématise cette expérience de la manière suivante.

Schéma de l’expérience

La distance  est appelée distance focale. Elle sépare la lentille de son foyer image F', point sur l’axe optique où tous les rayons lumineux convergent.

On émet un faisceau de rayons lumineux à partir d’un point particulier de la lentille mince convergente.

On remarque que les rayons sortent de la lentille parallèle à l’axe optique.

Il existe un point sur l’axe principal tel que tout rayon passant par ce point et traversant la lentille mince convergente sort parallèlement à l’axe optique. On l’appelle foyer objet F de la lentille.

Foyers d’une lentille mince convergente

Remarque
Une lentille mince convergente peut être utilisée indifféremment dans les deux sens car les distances  et  sont égales.

On lit un texte au travers d’une lentille mince convergente.

On remarque que le texte est agrandi au travers de la lentille mince convergente.

L’œil voit l’image A'B' de l’objet AB qui se forme en arrière de l’objet.

L’image A'B' est donc virtuelle car elle est située dans l’espace objet.

Le schéma suivant permet de mieux comprendre comment se forme l’image.

Vision de près au travers d’une lentille mince convergente

L’image A'B' étant virtuelle, elle ne peut pas être projetée sur un écran.

On place sur un même axe :

• une source lumineuse émettant un faisceau parallèle ;
• un objet (lettre découpée) ;
• une lentille mince convergente biconvexe ;
• un écran mobile.

Schéma de l’expérience

On remarque que pour une unique position de l’écran, on obtient une image nette inversée de l’objet : l’objet est visible mais à l’envers.

L’œil voit l’image réelle de l’objet qui se forme derrière la lentille. Le schéma suivant, qui regroupe le tracé des trois rayons, permet de mieux comprendre comment se forme l’image.

Vision de loin au travers d’une lentille mince convergente