C’est à Ninive, ancienne capitale de l’empire assyrien, qu’au XIXe siècle, Sir Austen Henry Layard découvre les premiers verres lentiformes, dans des couches datant de 4000 ans avant notre ère. On ignore à quoi ils servaient exactement mais cette découverte soulève de nombreuses questions car cette ville fut pendant longtemps le grand centre commercial et culturel du Moyen-Orient, et parce que la vulgarisation des connaissances acquises est une pratique rare dans l’Antiquité.
Les premières mentions sans équivoque de l’utilisation d’une lentille proviennent de la Grèce antique. Aristophane évoque notamment dans sa pièce Les Nuées, écrite en 423 av. J.-C., un « verre à feu » (une lentille convexe utilisée pour produire du feu en focalisant le rayonnement solaire). Les écrits de Pline l’Ancien (23-79) montrent également qu’un tel dispositif était connu dans l’Empire romain. Ils mentionnent ce qui peut être interprété comme la première utilisation d’une lentille pour corriger la vue en décrivant l’utilisation que fait Néron d’une émeraude de forme convexe lors des spectacles de gladiateurs (probablement pour corriger un défaut de vision). Sénèque (3 av. J.-C. – 65) décrit l’effet grossissant d’un globe en verre rempli d’eau.
Le mathématicien arabe Alhazen (965-1038), a écrit le premier traité d’optique qui décrit comment le cristallin forme une image sur la rétine.
Les lentilles n’ont cependant pas été utilisées par le grand public avant la généralisation des lunettes de vue, probablement inventées en Italie dans les années 1280.
Les lentilles sont des objets transparents que l’on trouve dans des appareils courants: lunettes, verres de contact, appareil de photo, projecteurs ou dans des appareils plus spécialisés: microscope, lunette astronomique. Dans tous les cas, leur rôle est d’obtenir des images d’objets que l’on désire observer.
Objectifs :
- Connaître le vocabulaire
- Connaître les trois rayons particuliers pour chaque type de lentilles
- Savoir retrouver géométriquement (par dessin)
- la position et la taille de l’image (réelle ou virtuelle) produite par une lentille (connaissant la position et la taille de l’objet, ainsi que la distance focale)
- la position et la taille d’un objet (connaissant la position et la taille de l’image produite par une lentille, ainsi que la distance focale)
- la position d’une lentille (connaissant les positions de l’objet et de l’image produite par la lentille)
- la distance focale d’une lentille (connaissant les positions de l’objet et de l’image produite par la lentille)
- prolonger un rayon lumineux après son passage dans une lentille
- Savoir utiliser les lois des lentilles pour
- calculer la distance focale d’une lentille (connaissant les positions de l’objet et de l’image produite par la lentille)
- calculer la position et la taille de l’image produite par une lentille (connaissant la position et la taille de l’objet, ainsi que la distance focale)
- calculer la position et la taille d’un objet (connaissant la position et la taille de l’image produite par une lentille, ainsi que la distance focale)
Théorie :
définitions, rayons particuliers et images
lois des lentilles et diagramme de Lissajou
Pour prolonger un rayon lumineux après le passage dans une lentille il existe deux manières de procéder :
- chercher l’image d’une source produisant le rayon lumineux et faire passer le prolongement du rayon par l’image obtenue. Si l’image est réelle le rayon passe effectivement par l’image, mais si l’image est virtuelle, le rayon semble provenir de celle-ci (voir les figures ci-dessous).
- tracer, par le centre optique de la lentille, une parallèle au rayon entrant. Le rayon sortant de la lentille passe par le le point d’intersection entre la parallèle et le plan focal image de la lentille (passe ou semble provenir de ce point suivant que la lentille est convergente ou divergente) (voir les figures ci-dessous).
lentille convergente et image réelle
lentille convergente et image virtuelle
lentille divergente et image virtuelle
Exercices faits en classe :
- LE 08, 09, 10, 12, 13, 14, 15, 17, 18, 20, « graphiques de Lissajou »
- LE 26, 27, 29, 30, 31, 32, 33
- LE 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45
Exercices supplémentaires :
- lentilles convergentes : série + corrigé
- lentilles divergentes : série + corrigé
- lois des lentilles : série + corrigé
« Prétest »: