Le calcul de la focale de deux lentilles convergentes

Thèmes abordés

Calcul de la focale de deux lentilles convergentes, lentille, lentilles à bord mince, lentilles convergentes, calcul

Résumé du document

Une lentille est un corps de matière transparente, souvent de verre, limité par deux faces en forme de calottes sphériques. On trouve deux types de lentilles : les lentilles à bord mince et les lentilles à bords épais.
L'expérience concerne uniquement les lentilles à bord mince, dites convergentes.

Extraits

[...] Laboratoire de physique But de l'expérience : Calculer la focale de deux lentilles convergentes et comparer les valeurs trouvées avec les valeurs indiquées sur les lentilles. Théorie : Une lentille est un corps de matière transparente, souvent de verre, limité par deux faces en forme de calottes sphériques. On trouve deux types de lentilles : les lentilles à bord mince et les lentilles à bords épais. L'expérience concerne uniquement les lentilles à bord mince, dites convergentes. [...]

[...] Exemple d'une lentille convergente : (représentation des lentilles convergentes) (lentille biconvexe) Dans le cas des lentilles convergentes, tous les rayons qui arrivent sur la lentille parallèlement à l'axe optique en ressortent en subissant une déviation en direction de cet axe. On peut donc dire que ces lentilles transforment un faisceau parallèle à l'axe en un faisceau convergent, et que tous les faisceaux coupent l'axe en un seul point appelé foyer de la lentille. On appelle focale (ou distance focale) f la distance entre la lentille et son foyer. Une lentille possède toujours deux foyers : le foyer objet, et F' le foyer image. [...]

[...] L'image est inversée et réelle (et peut être projetée sur un écran) : Désignons par : F La distance focale (distance entre le foyer et le centre O de la lentille) P La distance entre l'objet et le centre optique de la lentille P' La distance entre l'image et le centre optique de la lentille En composant les triangles semblables, on obtient la relation suivante : Moyens expérimentaux et marche à suivre : Matériel utilisé : - Bloc transformateur - Une lampe (avec caches) - Une diapositive - Matériel pour montrer un axe optique (avec différents supports pour la lampe, les lentilles et l'écran) - Une règle graduée adaptée à l'axe optique - Une lentille + 100 (focale = 100 mm) - Une lentille + 50 (focale = 50 mm) Marche à suivre détaillée : - Montrer soigneusement l'axe optique (faisceau lumineux, lentille et écran alignés) - Allumer la lampe à l'aide du bloc transformateur - Insérer la diapositive devant la lampe - Faire bouger la première lentille sur l'axe optique jusqu'à obtenir une image la plus nette possible positions) et mesurer p', la distance entre l'image et la lentille, ainsi que la distance de l'objet à la lentille au moyen, d'une règle graduée - Répéter cette dernière étape avec la deuxième lentille Photos du montage expérimental : Mesures : Pour la lentille 100 mm : P'1 = 24 cm P1 = 17,7 cm P'2 = 17 cm P2 = 24,7 cm Pour la lentille 50 mm : P'1 = 35,7 cm P1 = 6 cm P'2 = 5,6 cm P2 = 36,1 cm Calculs : Pour la lentille 100 mm : Première mesure : p' = 24 cm et p = 17,7 cm Comme nous l'avons déjà vu plus haut, on peut déterminer la focale à partir de ces deux mesures, d'après la relation suivante : = + Et donc f = = = 10,2 cm = 102 mm Deuxième mesure : p' = 17 cm et p = 24,7 cm f = = 10,1 cm = 101 mm Moyenne des focales trouvées : = 101,5 mm Écart relatif : = Pour la lentille 50 mm : Première mesure : p' = 35,7 cm et p = 6 cm f = = 5,1 cm = 51 mm Deuxième mesure : p' = 5,6 cm et p = 36,1 cm f = = 5,1 cm = 51 mm Moyenne des focales trouvées : 51 mm Écart relatif : 100 = Résultats : La lentille 100 mm : Focales trouvées : 102 mm et 101 mm Moyenne des focales trouvées : 101,5 mm Écart relatif (par rapport à la valeur inscrite sur la lentille) : La lentille 50 mm : Focales trouvées : 51 mm (pour les deux fois) Écart relatif : Conclusion : Les focales que nous avons calculées sont très proches des valeurs indiquées sur les lentilles, l'expérience était pratique à utiliser et a donc très bien fonctionnée. L'écart provient du fait qu'il n'est pas évident de déterminer à quel moment précis l'image est totalement nette. [...]

[...] Ils sont situés sur l'axe optique et sont symétriques par rapport au centre optique de la lentille. Propriétés des lentilles convergentes : Tout rayon passant par le centre optique (centre de la lentille) n'est pas dévié. Tout rayon parallèle à l'axe optique ressort de la lentille en passant par le foyer image F'. Tout rayon passant par le foyer objet F ressort de la lentille parallèlement à l'axe optique. [...]