
CAPES-Montage physique n°3 :
Etude expérimentale portant sur les lentilles minces, applications
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Introduction :
Un lentille est un milieu transparent limité par deux dioptres dont l'un au moins est sphérique.
Les lentilles minces sont définies par e < abs(R1), e < abs(R2) et e < abs(R1 - R2) si e est l'épaisseur entre les deux dipotres.
Il existe plusieurs types de lentilles minces, les convergentes et les divergentes. Ces lentilles sont (ou étaient) utilisées dans de nombreux d'instruments d'optique.
I Etude qualitative : caractéristiques des lentilles :
1) Existence du foyer principal image :

2) Existence du centre optique :

3) Existence du foyer principal objet :


4) Les aberrations
a. Les aberrations géométriques :

Si le diaphragme se situe avant la lentille, on observe une distorsion en barillet : |
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Si le diaphragme se situe après la lentille, on observe une distorsion en coussinet : |
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b. Les aberrations chromatiques :

- On place le filtre rouge, on fait la mise au poitn en déplaçant l'écran.
- On le remplace par le filtre bleu, l'image devient alors flou. Mais si on rapproche l'écran, on peut obtenir une image nette :
Cl : On a f'bleu < f'rouge : les rayons bleus convergent plus vite que les rayons rouges (formule de Cauchy).
II Etude quantitative : détermination de la distance focale f' d'une lentille :
1) Par autocollimation :
Expérience :

- Le condenseur a pour rôle de condenser les rayons (comme son nom l'indique).
- On déplace l'ensemble lentille-miroir de façon à obtenir une image F' renversée sur l'objet.
- A ce moment, la distance entre l'objet et la lentille représente la distance focale de celle-ci.
- Remarque :
L'incertitude sur la mesure est définie par la plage de déplacement qui offre une image nette.
2) Par la méthode de Bessel :
Expérience :

Calcul de la distance focale :
Pour une distance objet-écran, il existe deux positions de la lentille qui donnent une image nette sur l'écran.

Calcul d'incertitude :
Pour celui-ci, je me suis inspiré de ce document.

2) Par une méthode graphique :
On prend, pour une position de l'objet, la position de l'image. On trace 1/OA' = f (1/OA) avec différentes positions d'objet.

Quand 1/OA = 0 alors 1/OA' = 1/f'
En conclusion :
On comparera les trois méthodes ci-dessus.
III Modélisation de l'oeil :
Expérience :

On modélise différents types d'oeil (différentes maladie) en changeant la lentille.
Oeil normal :
Les rayons convergent sur la lentille.
Oeil myope :
Les rayons convergent avant la lentille, on corrige la maladie en associant une lentille divergente.
Oeil hypermétrope :
Les rayons convergent après la lentille, on corrige la maladie en associant une lentille convergente.
Conclusion :
Les lentilles sont surtout utilisés dans divers appareils optiques : lunettes (et verres correcteurs), loupe, rétroprojecteur, diapositive, lunette astronomique.
On peut les remplacer par des miroirs (dans les téléescope) car ils présentent moins de défauts.