Votre vie ne serait pas la même sans les objectifs. Que vous ayez besoin de porter des lunettes correctrices ou non, vous ne pouvez pas voir une image claire de quoi que ce soit sans une sorte de lentilles pour plier les rayons de lumière qui les traversent en un seul point focal.

Les scientifiques dépendent de des microscopes et des télescopes pour leur permettre de voir des objets très petits ou éloignés, sauf agrandis au point où ils peuvent extraire des données ou des observations utiles des images. Et exactement les mêmes principes sont utilisés pour vous assurer d'avoir un appareil photo qui peut vous aider à prendre le selfie parfait.

De la loupe à l'œil humain, tous les objectifs fonctionnent selon les mêmes principes de base. Bien qu'il existe des différences importantes entre les lentilles convergentes (lentilles convexes) et les lentilles divergentes (lentilles concaves), dès que vous apprenez certains détails de base, vous remarquerez également de nombreuses similitudes.
Définitions à savoir

Avant de se lancer dans ce voyage pour comprendre les verres convexes et concaves, il est important d'avoir une introduction sur certains des concepts clés de l'optique. Le point focal est le point auquel les rayons parallèles convergent (c'est-à-dire se rencontrent) après avoir traversé une lentille, et où une image claire est formée.

La distance focale de la lentille est la distance du centre de la lentille au point focal, avec une distance focale plus petite indiquant une lentille qui plie les rayons de lumière plus fortement.

L'axe optique d'une lentille est la ligne de symétrie passant par le centre de la lentille, qui court horizontalement si vous imaginez une lentille verticalement debout.

Un rayon lumineux est un moyen utile pour représenter le chemin d'un faisceau de lumière, utilisé dans les diagrammes de rayons pour donner une interprétation visuelle de la façon dont la présence d'une lentille affecte le chemin du faisceau lumineux.

En pratique, tout objet aura des rayons lumineux qui le quitteront dans toutes les directions, mais tous ne fournissent pas d'informations utiles pour analyser ce que fait réellement l'objectif. Lorsque vous dessinez des diagrammes de rayons, le choix de quelques rayons lumineux clés suffit généralement à expliquer la propagation des ondes lumineuses et le processus de formation de l'image.
Diagrammes de rayons

Les diagrammes de rayons et le tracé de rayons vous permettent de déterminer la emplacement de la formation d'image en fonction de l'emplacement de l'objet et de l'emplacement de l'objectif.

Le processus de dessin des rayons lumineux et de leur déviation lorsqu'ils traversent l'objectif peut être complété en utilisant la loi de réfraction de Snell, qui relie l'angle du rayon avant d'atteindre la lentille à l'angle de l'autre côté de la lentille, en fonction des indices de réfraction de l'air (ou d'un autre milieu à travers lequel le rayon se déplace) et du morceau de verre ou d'un autre matériau utilisé pour la lentille.

Cependant, cela peut prendre du temps, et il existe quelques astuces qui peuvent vous aider à produire des diagrammes de rayons plus facilement. En particulier, n'oubliez pas que les rayons lumineux passant par le centre de la lentille ne sont pas réfractés à un degré notable et que les rayons parallèles sont déviés vers le point focal.

Il existe deux principaux types de formation d'image qui peuvent se produire avec des lentilles et que vous pouvez utiliser des diagrammes de rayons pour établir. La première d'entre elles est une «image réelle», qui fait référence à un point où les rayons lumineux convergent pour produire une image. Si vous placez un écran à cet endroit, les rayons lumineux créeraient une image nette sur l'écran. Une image réelle est produite par une lentille convergente, qui est autrement connue sous le nom de lentille convexe.

Une image virtuelle est complètement différente et est créée par une lentille divergente. Parce que ces lentilles plient les rayons lumineux loin
les uns des autres (c'est-à-dire les font diverger), "l'image" est en fait formée sur le côté de la lentille d'où proviennent les rayons lumineux incidents.

L'entonnoir des rayons du côté opposé donne l'impression que les rayons ont été produits par un objet du même côté de la lentille que les rayons incidents, comme si vous retraciez les rayons en ligne droite jusqu'au point où ils convergeraient. Ce n'est pas littéralement vrai, cependant, et si vous placez un écran à cet endroit, il n'y aurait pas d'image.
L'équation de la lentille mince

L'équation de la lentille mince est l'une des équations les plus importantes en optique , et il relie la distance à l'objet d
_{o, la distance à l'image d
i et la distance focale de l'objectif f
. L'équation est assez simple, mais elle est un peu plus difficile à utiliser que certaines autres équations en physique car les termes clés sont dans les dénominateurs des fractions, comme suit:
\\ frac {1} {d_o} + \\ frac {1 } {d_i} \u003d \\ frac {1} {f}}

La convention est qu'une image virtuelle a une distance négative et que les images réelles ont une distance d'image positive. La distance focale de la lentille suit également cette même convention, donc les longueurs focales positives représentent les lentilles convergentes et les longueurs focales négatives représentent les lentilles divergentes.

Les lentilles convexes et concaves sont les deux principaux types de lentilles discutés dans les cours d'introduction à la physique , aussi longtemps que vous comprendrez comment ils se comportent, vous serez en mesure de répondre à toutes les questions.

Il est important de noter que cette équation est pour une lentille "mince". Cela signifie que la lentille peut être considérée comme déviant le trajet d'un rayon lumineux depuis un seul emplacement, le centre de la lentille.

En pratique, il y a une déviation des deux côtés de l'objectif - l'un à l'interface entre l'air et le matériau de l'objectif, et l'autre à l'interface entre le matériau de l'objectif et l'air de l'autre côté - mais cette hypothèse rend le calcul beaucoup plus simple.
Lentilles concaves

Une lentille concave est également appelée lentille divergente, et celles-ci sont incurvées de sorte que le "bol" de la lentille fait face à l'objet en question. Comme mentionné ci-dessus, la convention est que les lentilles comme celle-ci se voient attribuer une distance focale négative, et l'image virtuelle qu'elles produisent est du même côté que l'objet d'origine.

Pour terminer le processus de traçage des rayons pour une lentille concave , notez que tout rayon lumineux de l'objet qui se déplace parallèlement à l'axe optique de la lentille sera dévié, il semble donc provenir de près du point focal de la lentille, du même côté de la lentille que l'objet lui-même.

Comme mentionné ci-dessus, tout rayon passant par le centre de la lentille continuera sans être dévié. Enfin, tout rayon se déplaçant vers le point focal sur le côté opposé de la lentille sera dévié, il émerge donc parallèlement à l'axe optique.

Dessiner quelques-uns de ces rayons en fonction d'un seul point sur l'objet sera généralement suffit pour trouver l'emplacement de l'image produite.
Lentilles convexes

Une lentille convexe est également connue sous le nom de lentille convergente et fonctionne essentiellement à l'opposé d'une lentille concave. Il est incurvé de sorte que le coude extérieur de la forme de "bol" soit le plus proche de l'objet, et la distance focale est affectée d'une valeur positive.

Le processus de lancer de rayons pour une lentille convergente est très similaire à celui d'un lentille divergente, avec quelques différences importantes. Comme toujours, les rayons de lumière passant par le centre de la lentille ne sont pas déviés.

Si un rayon incident se déplace parallèlement à l'axe optique, il déviera par le point focal sur le côté opposé de la lentille. Inversement, tout rayon lumineux provenant de l'objet et passant par le point focal proche lors de son trajet vers la lentille sera dévié, il émerge donc parallèlement à l'axe optique.

Encore une fois, en dessinant deux ou trois rayons pour un point sur l'objet basé sur ces principes simples, vous pourrez trouver l'emplacement de l'image. C'est le point où tous les rayons lumineux convergent de l'autre côté de la lentille vers l'objet lui-même.
Concept d'agrandissement

Le grossissement est un concept important en optique, et il se réfère au rapport des la taille de l'image produite par un objectif et la taille de l'objet d'origine. C'est à peu près ainsi que vous comprendrez le grossissement comme un concept de la vie quotidienne - si l'image est deux fois plus grande que l'objet, elle est agrandie par un facteur de deux. Mais la définition précise est:
M \u003d - \\ frac {i} {o}

Où M
est le grossissement, i
fait référence à la taille de l'image et o
fait référence à la taille de l'objet. Un grossissement négatif indique une image inversée, avec un grossissement positif en position verticale.
Similitudes et différences

Il existe des similitudes entre les verres convexes et concaves en termes de base, mais il y a plus de différences que de similitudes lorsque vous les regardez plus en détail.

La principale similitude est qu'ils fonctionnent tous les deux sur le même principe de base, où la différence d'indice de réfraction entre la lentille et le milieu environnant leur permet de plier les rayons lumineux et de créer un point focal. Cependant, les lentilles divergentes créent toujours des images virtuelles, tandis que les lentilles convergentes peuvent créer des images réelles ou virtuelles.

À mesure que la courbure de la lentille diminue, les lentilles convergentes et divergentes deviennent de plus en plus similaires les unes aux autres, car la géométrie des surfaces "becomes more similar too.", 3, [[Comme ils fonctionnent tous deux sur le même principe, à mesure que la géométrie devient plus similaire, l'effet qu'ils ont sur un rayon lumineux devient également plus similaire.
Applications et exemples

Les lentilles concaves et convexes ont de nombreuses applications pratiques , mais la plus courante dans la vie de tous les jours est l'utilisation de verres correcteurs (lunettes) pour la myopie ou la myopie, voire l'hypermétropie ou l'hypermétropie.

Dans ces deux conditions, le point focal du cristallin du l'œil ne correspond pas tout à fait à la position de la rétine sensible à la lumière à l'arrière de l'œil, celle-ci étant devant pour la myopie et derrière pour l'hypermétropie. Les lunettes pour la myopie divergent, de sorte que le point focal est reculé, tandis que pour l'hypermétropie, des lentilles convergentes sont utilisées.

Les loupes et les microscopes fonctionnent de la même manière de base, en utilisant des lentilles biconvexes (lentilles à deux côtés convexes) pour produire une version agrandie des images. Une loupe est le dispositif optique le plus simple, avec une seule lentille qui sert à produire une taille d'image plus grande que celle que vous pourriez obtenir autrement. Les microscopes sont un peu plus compliqués (car ils ont généralement plusieurs lentilles), mais ils produisent des images agrandies essentiellement de la même manière.

Les télescopes réfracteurs fonctionnent comme des microscopes et des loupes, avec une lentille biconvexe produisant un point focal à l'intérieur du corps du télescope, mais la lumière continue à atteindre l'oculaire.

Comme sur les microscopes, ceux-ci ont une autre lentille dans l'oculaire pour s'assurer que la lumière capturée est mise au point lorsqu'elle atteint votre œil. L'autre type majeur de télescope est un télescope à réflecteur, qui utilise des miroirs au lieu de lentilles pour recueillir la lumière et l'envoyer à votre œil. Le miroir est concave, il concentre donc la lumière sur une image réelle du même côté du miroir que l'objet.