Formation d'image virtuelle avec lentilles convergentes - Physique-Chimie Seconde

Une image virtuelle est une image formée par l'intersection des prolongements des rayons lumineux émergents d'une lentille convergente. Elle ne peut pas être observée sur un écran placé à l'endroit de l'image.

Les rayons lumineux ne passent pas effectivement par le point image, mais leurs prolongements se croisent.

Pour qu'une lentille convergente forme une image virtuelle, l'objet doit être placé à une distance inférieure à la distance focale de la lentille.

Soit OA < f, où OA est la distance objet-lentille et f la distance focale.

• Objet entre le foyer et la lentille : image virtuelle agrandie (loupe)
• Objet au foyer : pas d'image nette (rayons parallèles)
• Objet à distance supérieure à f : image réelle (non virtuelle)

• Formée par intersection des prolongements des rayons lumineux
• Ne peut pas être projetée sur un écran
• Est droite (non inversée)
• Se trouve du même côté que l'objet
• Position : OA' < 0

On place l'objet AB perpendiculairement à l'axe optique, avec A sur l'axe optique, à une distance inférieure à la distance focale.

On trace deux des trois rayons particuliers issus de B :

• Rayon parallèle à l'axe → passe par F'
• Rayon passant par O → non dévié
• Rayon passant par F → devient parallèle à l'axe

L'intersection des prolongements des rayons donne B'. A' est sur l'axe optique du même côté que l'objet.

La position de l'image virtuelle est donnée par la formule de conjugaison :

Où :

• OA : distance objet-lentille (négative)
• OA' : distance image-lentille (négative si image virtuelle)
• f : distance focale de la lentille

Le grandissement γ est donné par :

Où A'B' est la taille de l'image et AB celle de l'objet.

Si |γ| > 1, l'image est agrandie.

Si |γ| < 1, l'image est réduite.

Comme OA' < 0, l'image est virtuelle. Elle se forme du même côté que l'objet et ne peut pas être observée sur un écran. La distance objet-lentille (5 cm) est inférieure à la distance focale (10 cm), ce qui est conforme à la condition de formation d'image virtuelle.

Le grandissement γ = 3 signifie que l'image est agrandie (|γ| > 1) et droite (signe positif). L'image est virtuelle car OA' < 0 et ne peut pas être observée sur un écran. C'est le fonctionnement d'une loupe.

La loupe fonctionne avec un objet placé entre le foyer et la lentille (OA < f), ce qui permet d'obtenir une image virtuelle agrandie. Le grandissement de 2.5 signifie que l'objet semble 2.5 fois plus grand à travers la loupe.

La loupe utilise une lentille convergente pour former une image virtuelle agrandie d'un objet placé entre le foyer et la lentille. L'objet est positionné à une distance inférieure à la distance focale pour obtenir une image droite et agrandie.

Le grandissement dépend de la position de l'objet par rapport à la lentille.

Les jumelles et les télescopes utilisent des combinaisons de lentilles pour former des images virtuelles agrandies d'objets lointains. L'oculaire forme une image virtuelle agrandie de l'image intermédiaire formée par l'objectif.

Quand on regarde un objet à travers une lentille correctrice pour la presbytie, on voit une image virtuelle agrandie de l'objet. Le cerveau interprète cette image virtuelle comme si l'objet était plus proche et plus grand.

• Formée par intersection réelle des rayons lumineux
• Peut être projetée sur un écran
• Position : OA' > 0 (du côté opposé à l'objet)
• Généralement inversée
• Formée quand OA > f

• Formée par intersection des prolongements des rayons
• Ne peut pas être projetée sur un écran
• Position : OA' < 0 (du même côté que l'objet)
• Généralement droite
• Formée quand OA < f

Les images réelles sont utilisées dans les appareils photo, les projecteurs, les rétroprojecteurs et dans l'œil humain.

Les images virtuelles sont utilisées dans les loupes, les jumelles, les télescopes et pour observer des objets à travers des lentilles correctrices.

Pour qu'une lentille convergente forme une image virtuelle, l'objet doit être placé à une distance inférieure à la distance focale de la lentille : OA < f.

Une image virtuelle est formée par intersection des prolongements des rayons lumineux, ne peut pas être projetée sur un écran, est droite et se trouve du même côté que l'objet.

• Formule de conjugaison : 1/OA' - 1/OA = 1/f
• Grandissement : γ = A'B'/AB = OA'/OA
• Condition : OA < f pour image virtuelle