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L'optique pour les enfants
Lentilles concaves et lentilles convexes
Qu'est-ce qu'un objectif ?
Les lentilles dévient la lumière de manière utile. La plupart des appareils qui contrôlent la lumière contiennent une ou plusieurs lentilles. Certains n'utilisent que des miroirs, qui peuvent accomplir la plupart des tâches que permettent les lentilles.
Il existe deux types de lentilles simples de base
Lentille convexe
Les lentilles convexes ou positives font converger ou focalisent la lumière et peuvent former une image.
Lentille concave
Les lentilles concaves ou négatives font diverger (se disperser) les rayons lumineux.
Vous pouvez également opter pour des verres de formes variées
En général, la lumière se propage en ligne droite, jusqu’à ce qu’un obstacle la dévie. Ces trajectoires rectilignes de la lumière s’appellent des rayons lumineux. En combinant plusieurs lentilles convexes ou concaves, on peut dévier la trajectoire de la lumière.
Figure 1. Découvrez ce qu'il advient du trajet de la lumière lorsque l'on combine plusieurs lentilles convexes ou concaves.
Des verres simples ou complexes ?
Les lentilles simples ne permettent pas d'obtenir des images très nettes ; c'est pourquoi les concepteurs de lentilles ou les ingénieurs en optique cherchent à associer ces lentilles simples pour créer des lentilles complexes plus performantes. Nous utilisons des logiciels spécialisés pour nous aider dans cette tâche, car cela peut nécessiter des milliards et des milliards de calculs.
Chaque appareil utilise des types de lentilles différents. Cliquez sur les flèches pour voir quelques exemples.
Téléphone portable
Cet appareil utilise...
Appareil photo
Cet appareil utilise...
Rôdeur martien
Cet appareil utilise...
Source : https://www.jpl.nasa.gov/edu/resources/teachable-moment/meet-perseverance-nasas-newest-mars-rover/
Loupe : un dispositif optique simple
Ce schéma montre comment une loupe dévie les rayons lumineux pour donner l'impression que les objets sont plus grands qu'ils ne le sont en réalité. De nombreux dispositifs optiques reposent sur le même principe de base : dévier la lumière pour tromper l'œil et le cerveau, de sorte que la lumière semble provenir d'un autre objet (généralement plus grand ou plus proche).
Découvrez une démonstration intéressante sur le grossissement simple sur le site Web de Molecular Expressions (s'ouvre dans une nouvelle fenêtre et nécessite un plug-in Java). Vous pouvez déplacer la loupe vers le haut ou vers le bas pour voir comment l'image change.
Faites le quiz !
On trouve des lentilles partout, et elles ont toutes une utilité. Voyez si vous arrivez à deviner à quoi sert chaque lentille...
1. Afficher une grande image à l'écran ?
2. Voir ce qui est loin ?
3. Vous voyez les tout petits détails ?
4. Voir dans le noir ?
5. Prendre des photos pour les regarder plus tard ?
6. Corriger une mauvaise vue ?
A) Télescope
D) Projecteur
B) Lunettes de vision nocturne
E) Lunettes
C) Appareil photo
F) Microscope
1. D
2. A
3. F
4. B
5. C
6. E
L'optique en astronomie et dans l'exploration spatiale
L'optique jouit d'une longue histoire dans le domaine de l'astronomie et de l'exploration spatiale. Galilée (1564-1642) fut l'un des premiers à utiliser un petit télescope pour observer la Lune et d'autres objets du ciel nocturne, puis à rendre compte de ses observations.
Il a découvert...
- Que la Lune présente des reliefs semblables à des montagnes
- Que Jupiter possède ses propres lunes
- Les zones sombres sur le Soleil, appelées taches solaires
- Les planètes apparaissent sous forme de petits disques dans les télescopes parce qu'elles sont relativement proches, tandis que les étoiles ressemblent toujours à des points parce qu'elles sont très éloignées.
Grâce à des télescopes terrestres plus performants et à des instruments optiques spécialisés tels que les spectromètres, l'humanité a pu percer de nombreux secrets de l'univers. Aujourd'hui encore, nous continuons à utiliser et à perfectionner ces télescopes terrestres et ces instruments optiques scientifiques.
Depuis 1957, l'optique occupe également une place importante dans l'ère spatiale, à commencer par les télescopes terrestres utilisés pour suivre les fusées et les satellites. Peu après, les scientifiques ont mis au point des satellites terrestres équipés de caméras, de télescopes et d'autres instruments optiques, dont beaucoup étaient destinés à observer la Terre, et bien d'autres encore à observer les étoiles et les planètes. Un peu plus tard, les États-Unis et ce qui était alors l'Union soviétique ont également commencé à envoyer des sondes spatiales hors de l'orbite terrestre pour explorer la Lune, Vénus, Mars et, finalement, même Pluton. En 2015, la sonde New Horizons de la NASA a été la première à survoler Pluton et ses lunes.
Le télescope spatial Hubble est sans doute le système optique spatial le plus célèbre, et plusieurs ingénieurs d'Optical Research Associates (ORA, qui fait désormais partie de Keysight) ont effectivement participé à la conception et à d'autres aspects des optiques de réparation. ORA a même reçu le prix « Public Service Group Achievement » de la NASA pour ce projet et d'autres travaux liés à l'espace . Consultez ce site web pour en savoir plus sur le fonctionnement du télescope Hubble.
En 2021, la NASA a lancé un nouveau télescope, le télescope spatial James Webb. Celui-ci est en orbite autour du Soleil et est capable de détecter et d'étudier des galaxies lointaines de l'univers primitif comme aucun autre instrument avant lui. Dans notre propre galaxie, il peut traverser la poussière et le gaz visuellement opaques des nurseries stellaires et analyser l'atmosphère des exoplanètes.
Si vous souhaitez en savoir plus sur les autres planètes, les rovers martiens nous en apprendront peut-être davantage. Nous sommes fiers que l'équipe d'ingénierie optique de Keysight ait conçu l'objectif zoom de la Mastcam-Z pour le rover Perseverance, qui s'est posé sur Mars en février 2021. L'instrument Mastcam-Z fait office d'« yeux » scientifiques montés sur le mât du rover. Le « Z » de Mastcam-Z signifie « zoom ». Il représente une étape importante dans l'histoire de l'exploration spatiale : c'est le premier système d'objectif zoom à être intégré à un instrument destiné à l'espace lointain.
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