Images optiques

1. Qu'est-ce qu'une image optique ?

Une image optique est la représentation d'un objet, obtenue grâce à la lumière, après que celle-ci a traversé une lentille ou s'est réfléchie sur un miroir. Cette image peut être observée sur un écran (on dit alors qu'elle est réelle) ou seulement vue à travers l'instrument, sans pouvoir être récupérée sur un écran (on dit qu'elle est virtuelle).

Pour bien comprendre, il faut retenir que la lumière voyage en ligne droite (on parle de rayons lumineux) et que c'est en suivant le trajet de ces rayons qu'on peut construire une image.

2. Le miroir plan

Comment se forme l'image dans un miroir plan ?

Quand Kofi se regarde dans son miroir, les rayons lumineux partant de son visage frappent la surface du miroir et sont réfléchis selon une règle simple : l'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion.

Caractéristiques de l'image dans un miroir plan :

• Elle est virtuelle (on ne peut pas la projeter sur un écran).
• Elle est droite (elle n'est pas renversée).
• Elle a la même taille que l'objet.
• Elle est symétrique de l'objet par rapport au plan du miroir : la distance entre l'objet et le miroir est égale à la distance entre le miroir et l'image.

Méthode de construction

1. Choisis un point de l'objet (par exemple le sommet de la tête de Kofi).
2. Trace la perpendiculaire au miroir passant par ce point.
3. Place l'image symétrique à la même distance, de l'autre côté du miroir.
4. Fais de même pour un autre point (les pieds), puis relie les deux points image.

3. Les lentilles convergentes

Définition

Une lentille convergente est plus épaisse au centre que sur les bords. Elle fait converger (se rapprocher) les rayons lumineux parallèles vers un point appelé foyer image, noté F'.

Les rayons particuliers à connaître

Pour construire l'image d'un objet AB à travers une lentille convergente, on utilise trois rayons remarquables issus du point B (sommet de l'objet) :

• Un rayon qui passe par le centre optique O de la lentille : il n'est pas dévié.
• Un rayon parallèle à l'axe optique avant la lentille : il ressort en passant par le foyer image F'.
• Un rayon qui passe par le foyer objet F avant la lentille : il ressort parallèle à l'axe optique.

Le point où ces rayons se croisent (ou semblent se croiser) après la lentille donne le point B' de l'image.

Caractéristiques de l'image selon la position de l'objet

• Si l'objet est au-delà de 2F (loin de la lentille) : l'image est réelle, renversée, plus petite que l'objet.
• Si l'objet est entre F et 2F : l'image est réelle, renversée, plus grande que l'objet.
• Si l'objet est entre O et F (très proche) : l'image est virtuelle, droite, agrandie — c'est le principe de la loupe, comme celle d'Aminata !

4. Vocabulaire essentiel à retenir

• Axe optique : ligne droite passant par le centre de la lentille, perpendiculaire à celle-ci.
• Foyer image (F') : point où convergent les rayons parallèles à l'axe après la lentille.
• Foyer objet (F) : point symétrique de F' par rapport au centre optique O.
• Distance focale (f) : distance entre le centre optique O et le foyer F' (elle se mesure en mètres ou en centimètres).
• Image réelle : peut être recueillie sur un écran.
• Image virtuelle : ne peut pas être recueillie sur un écran, elle est vue « à travers » l'instrument.

5. Méthode pour répondre à un exercice

1. Lis bien la consigne et identifie l'instrument optique (miroir ou lentille).
2. Repère les données : position de l'objet, distance focale, taille de l'objet.
3. Fais un schéma clair avec l'axe optique, l'objet, la lentille ou le miroir.
4. Trace les rayons selon les règles apprises.
5. Décris l'image obtenue : réelle ou virtuelle, droite ou renversée, agrandie ou réduite.
6. Justifie ta réponse en citant la règle utilisée.