La convergence des lentilles
Comment rendre un objet invisible grâce à un système de lentilles minces ?
Une lentille est un objet transparent et homogène qui est limité par deux dioptres, appelés faces de la lentille. Ainsi la trajectoire de la lumière, lorsqu’elle traverse ce milieu, est déviée suite au phénomène de réfraction. On distingue les lentilles convergentes, plus épaisses au centre qu’au bord, et les lentilles divergentes plus fines au centre qu’au bord. Nous nous intéresserons seulement aux lentilles convergentes. Celles-ci possèdent des bords minces, elles font donc converger les faisceaux de rayons lumineux.
Source : maxicours.com
Voici le schéma d’une lentille convergente :
L’axe optique est choisi comme axe des abscisses.
O est le centre optique, F le foyer objet, F’ le foyer image.
Le segment AB est un objet et A’B’ est son image.
Source : eurecom.fr
Réalisation :
Pour mettre en pratique nos connaissances sur les lentilles nous avons réalisé un dispositif permettant de faire disparaître un objet (expérience réalisée par l’université de Rochester).
Pour cela, nous avons eu besoin de deux paires de lentilles de distance focale différente appelées f1 et f2. Et nous devions les espacer d’une distance t1 et t2. Ces distances ont été déterminées par des calculs bien précis. Nous avons donc réalisé cette expérience avec des lentilles de vergence 4δ (dioptries) : f1 et 10δ : f2.
Nous avons calculé l’écart t1 : t1 = f1 + f2 correspondant à l’addition des deux vergences de lentilles ; puis t2 : t2 = 2 x f2 (f1+f2) / (f1-f2) correspondant à 2 x t1 pour la réunion des deux cotés du système, multiplié par la vergence de la lentille f2 dont on cherche l’écart, et enfin divisé par la différence de l’écart inter-lentille f2→f1. (voir schéma ci-dessous)
Illustration des calculs et formules
Source : gentside.com
Résultats :
Nous pouvons voir, grâce au schéma ci-dessus, que les rayons sont concentrés au centre de la deuxième lentille de vergence f2 peu importe leur provenance : on constate donc une zone de vide tout autour des rayons entre les lentilles f2. Les rayons ont également la même angle d'incidence à l'entrée qu'à la fin du système : l'image transmise et dans le même sens et à la même échelle.
Cette expérience nous a permis de faire disparaître ( masquer en réalité ) un objet tel qu' un crayon. Ainsi la lumière traversant les lentilles est concentrée, laissant un "vide" qu'au rayon lumineux de peut traverser. La zone de vide permet de cacher un objet, c’est-à-dire de le rendre invisible. Nous avons donc créé une zone « invisible ». Sur la photo ci-dessus nous pouvons voir qu’une partie du crayon a disparu.
Nous avons en fait réalisé un dispositif de dissimulation.