Foyers et images

Durée : 10 mn

Note maximale : 6

Question

Un dioptre sphérique de rayon \(R = 3 \textrm{cm}\) sépare un milieu d'indice \(n_1 = 1,5\) et un milieu d'indice \(n_2 = 1\). Le centre de ce dioptre se situe dans le milieu le plus réfringent. La lumière se propage du milieu d'indice \(n_1\) vers le milieu d'indice \(n_2\).

  1. Déterminer la position des foyers \(F_1\) et \(F_2\) et leur nature

  2. Construire l'image d'un objet \(AB\) dans les cas ou \(SA = 5 \textrm{cm}\) en précisant la nature de l'objet et de l'image.

  3. Retrouver ces résultats et le grandissement par les formules de conjugaison.

Solution

  1. appliquons la relation de conjugaison avec origine au sommet :

\(\frac{n_1}{\overline{SA_1}}-\frac{n_2}{\overline{SA_2}}=\frac{n_1-n_2}{\overline{SC}}\) soit pour le foyer objet \(F\) : \(\frac{n_1}{\overline{SF}}=\frac{n_1-n_2}{\overline{SC}}\)

d'où \(\overline{SF}=\frac{n_1\overline{SC}}{n_1-n_2}\) en faisant l'application numérique : \(\overline{SF}=\frac{1,5.(-3)}{1,5-1}=-9 \textrm{cm}\) (1 pt)

le foyer objet est réel et pour le foyer image \(F'\) : \(-\frac{n_2}{\overline{SF'}}=\frac{n_1-n_2}{\overline{SC}}\) soit \(\overline{SF'}=\frac{n_2\overline{SC}}{n_1-n_2}\)

et en faisant l'application numérique : \(\overline{SF'}=\frac{1.3}{1,5-1}=6\textrm{cm}\) le foyer image est également réel. (1 pt)

2. et 3.

1er cas : \(\overline{SA}=-5\textrm{cm}\) et l'objet est donc réel. Faisons la construction : (1 pt)

appliquons les relations de conjugaison :

\(\frac{n_1}{\overline{SA}}-\frac{n_2}{\overline{SA'}}=\frac{n_1-n_2}{\overline{SC}}\)

\(\frac{n_2}{\overline{SA'}}=\frac{n_1}{\overline{SA}}-\frac{n_1-n_2}{\overline{SC}}=\frac{1,5}{-5}-\frac{0,5}{-3}=-0,133\)

et on trouve : \(\overline{SA'}=-\frac1{0,133}=-7,5\textrm{cm}\)

l'image est bien virtuelle et le grandissement est : \(\gamma=2,25\) (1 pt)

2ème cas : \(\overline{SA}=5 \textrm{cm}\) et l'objet est donc virtuel. Faisons la construction : (1 pt)

en appliquant les formules de conjugaison on trouve : \(\overline{SA'}=2,14\textrm{cm}\)

et l'image est bien réelle.

Le grandissement vaut :

\(\gamma=\frac{1,5\times2,14}5=0,642\) (1 pt)