La lentille en physique. Caractéristiques et application

Une lentille est un simple dispositif optique qui consiste en un ou plusieurs blocs de matériau transparent (généralement du verre, mais aussi des plastiques, des minéraux, des gels, de la paraffine) collés ensemble. Le plus souvent, il se présente sous la forme d'un secteur de cylindre et, à la place des bases, il est limité par des surfaces sphériques. Quels sont les types de lentilles? Quelle est leur utilité?

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1. Qu'est-ce qu'une lentille?

La lentille est généralement en verre, mais pas toujours. Il est transparent, le matériau dans lequel il est fabriqué a un indice de réfraction de la lumière différent de celui du milieu dans lequel il se trouve. Plus précisément, il s'agit ici pour l'onde devant l'objectif de changer de direction après y être entrée.

En parlant de lentille, nous ne traitons pas seulement de la lumière, nous devrions donc utiliser le concept universel de réfraction des ondes, pas de lumière ; il peut également exister des lentilles acoustiques conçues pour réfracter les ondes sonores.

Habituellement, au cours de notre éducation, nous apprenons les lentilles en verre, mais elles peuvent être constituées de corps solides, liquides ou gazeux.

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2. Types d'objectifs

Les lentilles sont divisées en fonction de leur capacité de mise au point. Selon ce critère, on peut distinguer les verres:

  • se concentrer;
  • distrayant.

Un autre critère de classification des verres est leur conception. Dans cette division, nous distinguons les verres:

  • unique (par exemple des verres dans des verres);
  • complexe (par exemple la lentille de Fresnel utilisée dans les phares).

La division la plus courante des lentilles, cependant, est en fonction de leur forme. Selon ce critère, on distingue les lentilles :

  • biconcave;
  • biconvexe;
  • plat - convexe;
  • plat - concave;
  • concave convexe.

3. Propriétés de la lentille

Chaque lentille a un point appelé un point focal et un axe optique. Elle est limitée par des surfaces sphériques qui sont des segments sphériques, et les centres des sphères définissent une ligne droite qui est l'axe optique de la lentille.

La distance focale de la lentille est marquée de la lettre F, c'est le point sur l'axe optique de la lentille où les directions des ondes ou de leurs extensions se croisent.

mathématiques

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Nous écrivons la description mathématique d'une lentille mince avec la formule:

1f = 1x + 1y = (n2n1−1) (1r1 + 1r2)

Considérant que l'angle entre l'axe de la lentille et les rayons des ondes n'est pas grand, et que:

  • f est la distance focale de la lentille ;
  • n1 est l'indice de réfraction du milieu dans lequel se trouve la lentille ;
  • n2 est l'indice de réfraction de la lentille;
  • r1 et r2 sont les rayons des surfaces sphériques de la lentille ;
  • x est la distance entre l'objet et l'objectif;
  • y est la distance de l'image à l'objectif.

Pour les rayons des surfaces sphériques, nous supposons un signe négatif pour les surfaces concaves et un signe positif pour les surfaces convexes. Pour planaire r = ∞ et pour 1r = 1∞ = 0.

La distance focale de la lentille est négative pour les lentilles de diffusion et positive pour les lentilles de focalisation.

Il convient de garder à l'esprit que la description mathématique montre une lentille mince qui, de manière simplifiée, représente la réalité.

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4. Utilisation des lentilles

Les lentilles sont utilisées dans de nombreux instruments optiques pour façonner un faisceau lumineux ou créer une image. Ils sont placés dans :

  • caméras de cinéma;
  • appareils photo;
  • lunettes;
  • microscopes;
  • jumelles;
  • loupes;
  • verres médicamenteux;
  • lentilles de contact oculaire;
  • spectrophotomètres;
  • impression lenticulaire;
  • sémaphores de chemin de fer léger.
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