Où est l'image d'un objet donnée par une lentille?

Les lentilles sont des blocs de verre ou autres matériaux transparents, taillés en forme de... lentilles, pour la plupart. elles peuvent servir de loupes, comme objectifs photographiques, comme accessoires de correction de vision, comme objectifs de paire de jumelles, de lunette astronomique ou de microscope, ou encore de presse-papier... Dans presque tous les cas, leur rôle est de modifier le chemin suivi par la lumière, elles forment des sortes de mini-mirages artificiels en quelque sorte...

Voici des lentilles:

Un exemple d'utilisation (pour une lentille convergente: plus épaisse au milieu que sur les bords)

Le chemin suivi par la lumière pour arriver à ce résultat

Dans cette utilisation, la lentille concentre les rayons solaire dans une petite région, qui peut devenir très chaude suivant la couleur de l'objet qui reçoit ce flot d'énergie. En fait, on forme tout simplement l'image du Soleil derrière la lentille. Bien entendu, ce ne serait pas une très bonne idée de mettre son oeil au foyer de la lentille, ce genre de brûlure serait irréversible...

Quand on est à la maison, avec une loupe dans les mains, sans Soleil pour faire brûler la tapisserie, trouver l'image que forme cette lentille n'est pas aussi évident. Voici un moyen de trouver où elle se cache.

Le montage permettant de trouver l'image de l'objet:

Ce qui donne ceci, en vue depuis la webcam:

Ne pas hésiter à placer l'objet relativement loin de la lentille (ici, quelques mètres).

Une fois ce montage en place, il est difficile de décider de l'endroit où se situe l'image. Instinctivement, on aurait tendance à penser qu'elle est dans la lentille. Mais ce n'est pas le cas!

Dans la situation décrite, l'image est en fait quelque part entre vous et la lentille. Le repère déplaçable va servir à montrer où elle se trouve exactement. Bien sûr, ce repère est tout d'abord placé au hasard en distance, mais pointant sur l'image, vue depuis votre point d'observation. Si vous déplacez vos yeux (ou la webcam) latéralement, vous verrez ce comportement:

En décalant la caméra (ou vos yeux), vous verrez l'image cesser d'être alignée avec le repère: cela indique que vous avez mal localisé l'image. Une petite vidéo est visionnable en cliquant sur l'image ci-dessus*

Cela donnerait cette disposition, en vue de dessus:

Il faut alors éloigner le repère de la lentille, et jouer à nouveau à décaler ses yeux, afin de voir si le repère finit par rester collé à l'image:

Cette fois, le repère a bien été placé sur le lieu exact où se situe l'image: en déplaçant le point d'observation, le repère et l'image restent bien confondus. Là encore, une vidéo est visionnable en cliquant sur l'image ci-dessus*

On a donc bien réussi à savoir où se cachait notre image. Essayez de changer la distance entre l'objet et la lentille pour voir ce qui est alors modifié. Vous aurez quelques comportements troublants lorsque objet et lentille sont proches l'un de l'autre. Mais je vous laisse découvrir...

*Un codec DIVX de lecture des vidéos est disponible ici.