Définition du miroir convexe
Un type de miroir couramment utilisé est le miroir convexe. Ce dernier possède une forme incurvée, sa surface réfléchissante étant courbée vers l'avant.
Utilisations du miroir convexe
Si vous avez déjà vu un rétroviseur de moto ou de voiture, vous connaissez sans doute l'utilité des miroirs convexes. Ces miroirs servent de rétroviseurs car les images qu'ils forment sont droites et plus petites que les objets, offrant ainsi un champ de vision plus large. De plus, toutes les images formées par les miroirs convexes sont virtuelles.
Le point focal du miroir convexe
Si la surface d'un miroir réfléchissant la lumière est exposée à un objet très éloigné, comme les rayons du soleil, alors le faisceau lumineux émis par le soleil sera réfléchi.
Cette ligne sera parallèle à l'axe principal du miroir, comme illustré ci-dessous. L'axe principal est une ligne imaginaire perpendiculaire au centre de la surface du miroir. Sur la figure ci-dessous, l'axe principal coïncide avec le foyer (F) du miroir.
Lorsqu'un rayon lumineux frappe la surface d'un miroir, il obéit à la loi de la réflexion, l'angle d'incidence étant égal à l'angle de réflexion. Si l'on trace une ligne pointillée à partir de la base du faisceau réfléchi, toutes les lignes pointillées se croisent en un même point, appelé foyer (F) du miroir.
L'œil humain perçoit le faisceau lumineux se propageant en ligne droite et toute la lumière réfléchie comme provenant du foyer d'un miroir. Le foyer est le point d'image d'un objet très éloigné de la surface du miroir ; par exemple, le soleil et son image sont virtuels.
La distance focale du miroir convexe
La distance focale (f) est la distance entre le foyer (F) et la surface du miroir. Le point C est le centre de la courbure du miroir. La distance focale du miroir convexe est f (distance focale = f = FQ) et son rayon de courbure est r (rayon de courbure = r = CQ = CP).
Le rayon incident frappe un miroir en P puis est réfléchi par le miroir convexe. La lumière réfléchie semble provenir du foyer F. La ligne pointillée CP est la normale. La lumière incidente et la lumière réfléchie obéissent à la loi de la réflexion : l'angle d'incidence (θ<sub>i</sub>) est égal à l'angle de réflexion (θ<sub>r</sub>), et cet angle est égal à l'angle du triangle PCQ (θ<sub>PCQ</sub>). L'angle du triangle PCQ est le même que l'angle du triangle CPF ; par conséquent, le triangle PFC est équilatéral. Puisque le triangle PFC est équilatéral, la longueur de PF est égale à la longueur de CF. En supposant que la largeur du miroir est inférieure à son rayon de courbure, la longueur de PF est considérée comme égale à la longueur de FQ. Comme CF = PF et PF = FQ, alors CQ = 2CF = 2FQ. CQ = r est le rayon de courbure du miroir et FQ = f est sa distance focale. On peut donc conclure que le rayon de courbure du miroir convexe (r) = 2 fois la distance focale (f) du miroir convexe. Mathématiquement :
r = 2f ou f = r / 2
Formation d'images par un miroir convexe
Les miroirs concaves peuvent former des images réelles et virtuelles, tandis que les miroirs convexes ne peuvent former que des images virtuelles. La formation d'images par les miroirs convexes est expliquée en détail dans le chapitre consacré à ce sujet.
Image virtuelle
Lorsqu'un miroir convexe réfléchit la lumière incidente sur sa surface, la direction de la lumière réfléchie est celle de la lumière réfléchie.
L'image semble provenir du foyer du miroir convexe et du centre de sa courbure. Comme la lumière ne passe pas derrière un miroir convexe, l'image formée est virtuelle. Si l'on place l'écran à l'endroit où se forme une image virtuelle, aucune image n'apparaît sur l'écran. L'image virtuelle existe car l'œil humain perçoit des rayons lumineux rectilignes comme provenant du point où se situe l'image virtuelle.
