Une lentille convergente, un objet lumineux, trois rayons bien élevés : déplace l'objet, change la focale, et regarde l'image obéir (ou disparaître). Puis mesure f′ comme au labo, et relève les défis.
La lumière va de gauche à droite. Attrape l'objet (flèche orange) et fais-le glisser le long du banc ; l'écran gris se déplace aussi. Graduations en cm, origine O au centre de la lentille.
Réglages
Distance focale f′
Position de l'objet
Aller directement à un cas
Rayons et outils
FLOU
L'arbre est au bout du couloir (très, très loin) : ses rayons arrivent quasi parallèles. Fais glisser l'écran gris jusqu'à l'image nette.
Objet à l'infini
1Vise un objet très éloigné (arbre par la fenêtre, fond du couloir).
2Déplace l'écran jusqu'à ce que l'image soit nette.
3Mesure la distance lentille-écran : c'est f′. Les rayons parallèles convergent dans le plan focal image.
Distance focale f′ (à retrouver)
Distance lentille-écran :
Netteté :
Attrape l'écran gris et cherche la netteté.
Trajet aller en jaune, trajet retour (après le miroir plan) en orange. Fais glisser l'objet ET le miroir : la vraie autocollimation se moque de la position du miroir.
Autocollimation
1Colle un miroir plan derrière la lentille.
2Déplace l'objet jusqu'à voir son image nette, renversée, même taille, dans le plan de l'objet.
3Alors objet dans le plan focal : distance objet-lentille = f′. Entre lentille et miroir la lumière voyage en faisceau parallèle : bouge le miroir, rien ne change !
Distance focale f′ (à retrouver)
Distance objet-lentille :
Distance lentille-miroir :
Netteté dans le plan de l'objet :
Déplace l'objet orange, puis titille le miroir pour vérifier ta mesure.
Objet et écran fixés aux deux bouts, distance D. Fais glisser la lentille entre les deux et cherche les positions qui donnent une image nette.
La méthode du D minimal (4f′)
1Fixe l'objet et l'écran à une distance D.
2Cherche une position de lentille qui donne une image nette (si D est grand, il y en a deux !).
3Réduis D et recommence. Le D minimal où c'est encore possible vaut 4f′ : alors f′ = D∕4, et la lentille est pile au milieu (γ = −1).
Distance focale f′ (à retrouver)
Distance objet-écran D
Netteté sur l'écran :
Fais glisser la lentille bleue le long du banc.
Même banc, mêmes règles : objet et écran se déplacent à la souris. Réussis les 5 défis !
Distance focale f′
0 / 5 défis réussis
✔Défi 1 · La photocopieuse
Obtiens une image réelle, renversée et exactement de la même taille que l'objet (γ = −1).
✔Défi 2 · Le timbre-poste
Fabrique une image réelle au moins 2 fois plus petite que l'objet.
✔Défi 3 · Le cinéma
Fabrique une image réelle au moins 4 fois plus grande que l'objet.
✔Défi 4 · L'introuvable
Rends l'image impossible à attraper sur l'écran, aussi loin qu'on le pousse.
✔Défi 5 · La focale mystère
Le curseur de focale est en panne et les mesures sont brouillées : mesure f′ avec les méthodes de l'onglet 2 (l'écran et la règle marchent encore !).
Les conventions : la lumière va vers la droite, les distances se comptent depuis O. Un objet réel est AVANT la lentille : OA < 0.
Les 3 rayons : parallèle à l'axe → ressort par F′ ; par le centre O → tout droit ; par F → ressort parallèle. Deux suffisent, le troisième vérifie.
Image virtuelle : les rayons ne se croisent pas vraiment, seuls leurs prolongements le font. Aucun écran ne peut l'attraper... mais l'œil la voit à travers la lentille.
Au labo : objet à l'infini, autocollimation, D minimal = 4f′ : trois méthodes, trois estimations de f′ à comparer (rituel de la mesure !).