Les lentilles sont généralement sphériques ou prochesà une surface sphérique. Ils peuvent être concaves, convexes ou plats (le rayon est l'infini). Ils ont deux surfaces à travers lesquelles la lumière passe. Ils peuvent être combinés de différentes manières, formant différents types de lentilles (la photo est donnée plus loin dans l'article):
- Si les deux surfaces sont convexes (courbées vers l'extérieur), la partie centrale est plus épaisse que les bords.
- Une lentille avec des sphères convexes et concaves s'appelle un ménisque.
- Une lentille avec une surface plane est appelée concave plate ou convexe plate, selon la nature de l'autre sphère.
Comment déterminer le type de lentille? Attardons-nous là-dessus plus en détail.
Collecte de lentilles: types de lentilles
Quelle que soit la combinaison de surfaces, si ellesl'épaisseur dans la partie centrale est supérieure à celle des bords, on les appelle collecteurs. Avoir une focale positive. Il existe les types suivants de lentilles collectrices:
- plan convexe,
- biconvexe,
- concave-convexe (ménisque).
Ils sont également appelés «positifs».
Lentilles de diffusion: types de lentilles
Si leur épaisseur au centre est plus fine que sur les bords, on les appelle alors diffusion. Avoir une focale négative. Il existe ces types de lentilles diffusantes:
- plat-concave,
- biconcave,
- convexe-concave (ménisque).
Ils sont également appelés «négatifs».
Concepts de base
Les poutres d'une source ponctuelle divergent d'unepoints. Ils sont appelés un groupe. Lorsque le faisceau pénètre dans la lentille, chaque faisceau est réfracté, changeant sa direction. Pour cette raison, le faisceau peut sortir de la lentille dans une mesure plus ou moins divergente.
Certains types de lentilles optiques changentla direction des rayons afin qu'ils convergent en un point. Si la source lumineuse est située au moins à la distance focale, le faisceau converge en un point au moins à la même distance.
Images réelles et imaginaires
Une source de lumière ponctuelle est appelée un objet réel, et le point de convergence d'un faisceau de rayons sortant de la lentille en est une image réelle.
Un tableau de sources ponctuelles est important,répartis sur une surface généralement plane. Un exemple est le motif rétroéclairé sur du verre dépoli. Un autre exemple est une bande de film, éclairée par l'arrière de sorte que la lumière qui en sort passe à travers une lentille qui agrandit une image sur un écran plat plusieurs fois.
Dans ces cas, on parle d'avion.Les points sur le plan image 1: 1 correspondent aux points sur le plan objet. Il en va de même pour les formes géométriques, bien que l'image résultante puisse être inversée par rapport à l'objet de haut en bas ou de gauche à droite.
La convergence des rayons en un point créel'image est réelle et le décalage est imaginaire. Lorsqu'il est clairement souligné à l'écran, c'est réel. Si l'image ne peut être observée qu'en regardant à travers la lentille vers la source de lumière, alors elle est appelée imaginaire. Le reflet dans le miroir est imaginaire. L'image qui peut être vue à travers un télescope l'est également. Mais la projection de l'objectif de la caméra sur le film donne l'image réelle.
Distance focale
La mise au point de la lentille peut être trouvée en la traversantun faisceau de rayons parallèles. Le point auquel ils convergent sera son point focal F. La distance entre le point focal et la lentille s'appelle sa distance focale. Des rayons parallèles peuvent être passés de l'autre côté et ainsi trouver F des deux côtés. Chaque objectif a deux F et deux F. S'il est relativement fin par rapport à ses focales, alors ces dernières sont à peu près égales.
Divergence et convergence
Distance focale positiveles lentilles collectrices sont caractérisées. Les types de lentilles de ce type (plano-convexe, biconvexe, ménisque) réduisent les rayons qui en sortent, plus qu'ils ne l'étaient auparavant. Les lentilles collectrices peuvent former des images réelles et fantômes. Le premier n'est formé que si la distance entre l'objectif et l'objet dépasse la distance focale.
Distance focale négativeles lentilles diffuses sont caractérisées. Les types de lentilles de ce type (plano-concave, biconcave, ménisque) séparent les rayons plus qu'ils ne l'étaient avant de toucher leur surface. Les lentilles de diffusion créent une image fantôme. Ce n'est que lorsque la convergence des rayons incidents est significative (ils convergent quelque part entre la lentille et le point focal du côté opposé) que les rayons générés peuvent encore converger pour former l'image réelle.
Différences importantes
Vous devez faire très attention à distinguerconvergence ou divergence des rayons de la convergence ou de la divergence de la lentille. Les lentilles et les faisceaux lumineux peuvent ne pas correspondre. Les rayons associés à un objet ou à un point d'image sont appelés divergents s'ils "se dispersent" et convergents s'ils "se rejoignent". Dans tout système optique coaxial, l'axe optique est le trajet des faisceaux. Le faisceau se déplace le long de cet axe sans aucun changement de direction dû à la réfraction. C'est, en fait, une bonne définition de l'axe optique.
Un rayon qui s'éloigne del'axe optique est appelé divergent. Et celui qui se rapproche d'elle s'appelle convergent. Les faisceaux parallèles à l'axe optique ont une convergence ou une divergence nulle. Ainsi, lorsqu'on parle de la convergence ou de la divergence d'un rayon, il est lié à l'axe optique.
Certains types de lentilles dont la physique est telle quele faisceau est plus dévié vers l'axe optique, convergent. En eux, les rayons convergents se rapprochent encore plus et les rayons divergents s'éloignent moins. Ils sont même capables, si leur résistance est suffisante pour cela, de rendre le faisceau parallèle voire convergent. De même, une lentille diffusante peut séparer encore plus les rayons divergents, et les rayons convergents peuvent être rendus parallèles ou divergents.
Loupes
Une lentille à deux surfaces convexes est plus épaissecentre que les bords et peut être utilisé comme une simple loupe ou une loupe. Dans ce cas, l'observateur regarde à travers une image imaginaire agrandie. L'objectif de la caméra, cependant, forme le réel sur le film ou le capteur, en règle générale, de taille réduite par rapport à l'objet.
Des lunettes
La capacité d'une lentille à modifier la convergence de la lumière s'appelle sa force. Elle est exprimée en dioptries D = 1 / f, où f est la distance focale en mètres.
Une lentille d'une puissance de 5 dioptries a f = 20 cm.Ce sont les dioptries que l'optométriste indique lors de la rédaction d'une ordonnance de lunettes. Disons qu'il a enregistré 5,2 dioptries. L'atelier prendra une pièce finie de 5 dioptries de l'usine et rectifiera un peu une surface pour ajouter 0,2 dioptrie. Le principe est que pour les lentilles minces, dans lesquelles deux sphères sont situées à proximité l'une de l'autre, on observe la règle selon laquelle leur force totale est égale à la somme des dioptries de chacune: D = D1 + D2.
Trompette de Galilée
À l'époque de Galilée (début du XVIIe siècle), des verres enL'Europe était largement disponible. Ils étaient généralement fabriqués en Hollande et distribués par des vendeurs ambulants. Galileo a appris que quelqu'un aux Pays-Bas avait mis deux types de lentilles dans un tube pour faire paraître des objets éloignés plus grands. Il a utilisé une lentille convergente à focale longue à une extrémité du tube et un oculaire divergent à focalisation courte à l'autre extrémité. Si la distance focale de l'objectif est de fà propos de et oculaire fe, alors la distance entre eux devrait être fà propos de-Fe, et la force (grossissement angulaire) fà propos de/ Fe... C'est ce qu'on appelle le tube Galileo.
Le télescope a un grossissement de 5 ou 6 fois,comparable aux jumelles portables modernes. Cela suffit pour de nombreuses observations astronomiques passionnantes. Les cratères lunaires, les quatre lunes de Jupiter, les anneaux de Saturne, les phases de Vénus, les nébuleuses et les amas d'étoiles, et les étoiles faibles de la Voie lactée peuvent être facilement vus.
Télescope de Kepler
Kepler a entendu parler de tout cela (lui et Galilée ont conduitcorrespondance) et construit un autre type de télescope avec deux lentilles collectrices. Celui avec la longue focale est l'objectif, et celui avec la plus petite focale est l'oculaire. La distance entre eux est fà propos de + fe, et le grossissement angulaire est fà propos de/ Fe... Ce képlérien (ou astronomique)le télescope crée une image à l'envers, mais cela n'a pas d'importance pour les étoiles ou la lune. Ce schéma fournissait un éclairage du champ de vision plus uniforme que le télescope Galileo et était plus pratique à utiliser, car il vous permettait de garder les yeux dans une position fixe et de voir tout le champ de vision d'un bord à l'autre. L'appareil a permis d'obtenir un grossissement plus élevé qu'un tube Galileo sans dégradation sérieuse de la qualité.
Les deux télescopes souffrent d'aberration sphérique,résultant en des images pas entièrement focalisées et une aberration chromatique créant des halos de couleur. Kepler (et Newton) pensaient que ces défauts étaient impossibles à surmonter. Ils ne supposaient pas que des types de lentilles achromatiques étaient possibles, dont la physique ne serait connue qu'au XIXe siècle.
Télescopes à miroir
Gregory a suggéré que comme lentillesles miroirs peuvent être utilisés pour les télescopes, car ils n'ont pas de bordures colorées. Newton a profité de cette idée et a créé un télescope newtonien à partir d'un miroir concave plaqué argent et d'un oculaire positif. Il a donné l'échantillon à la Royal Society, où il se trouve encore aujourd'hui.
Un télescope à objectif unique peut projeterl'image sur l'écran ou le film. Un grossissement adéquat nécessite une lentille positive avec une longue distance focale, disons 0,5 m, 1 m ou plusieurs mètres. Cet arrangement est souvent utilisé dans la photographie astronomique. Les personnes peu familiarisées avec l'optique peuvent trouver paradoxal qu'une lentille à focale longue plus faible donne plus de grossissement.
Sphères
Il a été suggéré que les anciensles cultures avaient peut-être des télescopes parce qu'elles fabriquaient de petites boules de verre. Le problème est qu'on ne sait pas à quoi ils servaient, et ils ne pourraient certainement pas former la base d'un bon télescope. Les boules pouvaient être utilisées pour agrandir de petits objets, mais la qualité n'était guère satisfaisante.
Distance focale d'une sphère de verre parfaitetrès court et forme une image réelle très proche de la sphère. De plus, les aberrations (distorsions géométriques) sont importantes. Le problème réside dans la distance entre les deux surfaces.
Cependant, si vous faites une profonde équatorialerainure pour bloquer les rayons qui causent des défauts d'image, cela passe d'une loupe très médiocre à une belle. Cette décision est attribuée à Coddington, et sa loupe de nom peut être achetée aujourd'hui sous la forme de petites loupes portatives pour examiner de très petits objets. Mais rien ne prouve que cela ait été fait avant le 19e siècle.
