Après avoir étudié les lentilles minces, nous allons découvrir comment elles sont utilisées dans deux instruments optiques familiers : la loupe, qui permet d’observer les petits détails, et l’œil, qui nous permet de voir le monde qui nous entoure.
I. La loupe
La loupe est une lentille convergente de courte distance focale, utilisée pour observer les petits détails d’un objet. Pour l’utiliser correctement, on place l’objet tout près de la lentille, entre le centre optique O et le foyer objet F (la distance objet OA est donc inférieure à la distance focale OF).
Dans ces conditions, la loupe donne de l’objet une image virtuelle (non projetable sur un écran), droite et agrandie. Le grossissement obtenu dépend de la distance focale de la lentille : plus la distance focale est courte, plus l’objet apparaît grand.
II. L’œil, un instrument optique
L’œil peut être comparé à un instrument optique constitué de plusieurs éléments transparents. La lumière traverse successivement la cornée, l’humeur aqueuse, le cristallin et l’humeur vitrée, avant d’atteindre la rétine, qui joue le rôle d’écran. L’iris, muni en son centre de la pupille, contrôle la quantité de lumière qui pénètre dans l’œil.
Le cristallin se comporte comme une lentille mince convergente dont la distance focale peut varier. La rétine reçoit une image réelle et renversée de l’objet observé ; cette information est ensuite transmise au cerveau par le nerf optique.
III. L’accommodation
Pour voir nettement des objets situés à des distances différentes, le cristallin doit ajuster sa distance focale : c’est le phénomène d’accommodation. Lorsqu’on regarde un objet proche, le cristallin se bombe et sa distance focale diminue ; lorsqu’on regarde un objet éloigné, le cristallin s’aplatit et sa distance focale augmente. Grâce à l’accommodation, l’image reste toujours nette sur la rétine, quelle que soit la distance de l’objet observé.
IV. Les défauts de la vision
Chez certaines personnes, l’œil ne forme pas l’image exactement sur la rétine, ce qui provoque une vision floue. On distingue deux défauts principaux :
La myopie : l’œil est trop convergent, l’image d’un objet éloigné se forme avant la rétine. On corrige ce défaut à l’aide d’une lentille divergente, qui diminue la convergence du système optique de l’œil.
L’hypermétropie : l’œil n’est pas assez convergent, l’image se forme après la rétine (virtuellement, derrière celle-ci). On corrige ce défaut à l’aide d’une lentille convergente, qui augmente la convergence du système optique de l’œil.
V. Synthèse
La loupe et l’œil sont deux instruments optiques basés sur des lentilles convergentes. La loupe donne une image virtuelle agrandie d’un objet placé près du foyer, tandis que l’œil forme sur la rétine une image réelle grâce au cristallin, dont la distance focale s’adapte par accommodation. Lorsque cette adaptation est imparfaite, des défauts comme la myopie ou l’hypermétropie apparaissent, corrigés respectivement par des lentilles divergentes ou convergentes.
Exercice d’application
Exercice 1. Où doit-on placer un objet par rapport à une loupe pour obtenir une image agrandie ? Quel type d’image obtient-on ?
Exercice 2. Cite les principaux éléments traversés par la lumière dans l’œil, dans l’ordre.
Exercice 3. Qu’est-ce que l’accommodation ? Quel organe de l’œil en est responsable ?
Exercice 4. Un élève myope voit flou les objets éloignés. Où se forme l’image dans son œil ? Quel type de lentille corrige ce défaut ?
Exercice 5. Une personne hypermétrope a besoin de quel type de lentille pour corriger sa vue ? Pourquoi ?
Corrigés
Corrigé 1. On place l’objet tout près de la loupe, entre le centre optique O et le foyer objet F. On obtient une image virtuelle, droite et agrandie.
Corrigé 2. La lumière traverse successivement la cornée, l’humeur aqueuse, le cristallin, puis l’humeur vitrée, avant d’atteindre la rétine.
Corrigé 3. L’accommodation est la capacité du cristallin à faire varier sa distance focale pour obtenir une image nette sur la rétine, quelle que soit la distance de l’objet observé. C’est le cristallin qui en est responsable.
Corrigé 4. Chez une personne myope, l’image d’un objet éloigné se forme avant la rétine. Ce défaut est corrigé à l’aide d’une lentille divergente.
Corrigé 5. Une personne hypermétrope a besoin d’une lentille convergente, car son œil n’est pas assez convergent et l’image se forme après la rétine ; la lentille convergente augmente la convergence du système optique de l’œil.
