TP n°4 Physique

TP n°4 Physique Partie A : Produire des images, observer Classe : Spéc.

La lunette

I/ Description

Objectif : système convergent de très grande distance focale (de l’ordre du mètre) et de grand diamètre.

Oculaire : système convergent de courte distance focale (de l’ordre du centimètre) jouant le rôle de loupe.

II/ Modélisation

L’objectif et l’oculaire sont des ensembles composés de plusieurs lentilles. Néanmoins, la lunette astronomique peut être modélisée par un ensemble de deux lentilles minces convergentes, l’une représentant l’objectif et l’autre l’oculaire. La mise au point s’effectue par un léger déplacement de l’oculaire par rapport à l’objectif. Pour un objet considéré à l’infini (planètes, étoiles,…) l’oculaire (L2) sera placé de telle sorte que son foyer objet corresponde au foyer image de l’objectif (L1).

Définition : Une lunette est afocale si elle donne d’un objet à l’infini une image à l’infini, c'est-à-dire si le foyer image de l’objectif et le foyer objet de l’oculaire sont confondus.

III/ Comment créer un objet à l’infini ?

- Placer une source lumineuse à l’extrémité gauche du banc d’optique puis, à quelques centimètres devant, placer une diapo de carton noire

percée de trous pour simuler le ciel étoilé.

C0 est un trou (étoile) permettant de briser la symétrie de l’objet A0B0

A0B0 = 2,0 mm

- Placer la lentille L0 de vergence 10,0  de façon à obtenir une image des trous à l’infini.

- Préciser comment placer cette lentille par rapport à la feuille cartonnée.

- Construire l’image A et B des trous A0 et B0. - Que sont les points A et B pour la lentille L1 ? lampe +

condenseur

Lunette Lentille L1

Objectif Lentille L2

Oculaire Diapo +

trous

F’1

F2

F1 F’2

Lentille L1

Objectif Lentille L2

Oculaire

O1 O2

Lumière d’étoiles L0

Objectif

Oculaire

Mise au point Trépied

Monture équatoriale

Créer un objet à l’infini

Carton troué

A0

B0

F’

A0

B0 C0

TP n°4 Physique Partie A : Produire des images, observer Classe : Spéc.

IV/ Manipulation

- Placer l’objectif L1 de vergence 2,0  à dix centimètres environ de la lentille L0.

- Placer l’oculaire L2 de vergence 20,0  sur le banc de manière à ce que la lunette soit afocale.

- Placer un écran translucide sur le banc pour observer l’image intermédiaire (image de L1). Noter la distance Ecran-L1. A quelle distance de L2 se trouve alors l’écran ? En déduire la position de l’image définitive A’B’.

- Mesurer la taille de l’image A1B1 sur l’écran. L’image est-elle droite ou renversée ?

- Retirer l’écran et régler le générateur de lumière sur 4 V puis observer les trous à travers l’oculaire.

L’image définitive est-elle droite ou renversée ?

V/ Grossissement de la lunette afocale

- Reproduire sur feuille de papier millimétré l’objet A0B0, les trois lentilles L0, L1 et L2 et les images successives AB, A1B1 et A’B’.

Echelle : axe [Ox) : 1/5 axe [Oy) : 1

- Comparer la longueur A1B1 construite avec celle mesurée lors de la manipulation.

- Soit ’ l’angle sous lequel on voit l’image A’B’ à travers la lunette et  l’angle sous lequel on voit l’objet AB à l’œil nu. Placer les angles  et ’ sur le schéma.

- Calculer ces angles et en déduire le grossissement



 '

 G

' '

2 1

f

G  f

- Que devient le grossissement si on remplace L2 par une lentille de vergence 50  ?

VI/ Cercle oculaire

On appelle cercle oculaire l’image donnée par l’oculaire de la monture de l’objectif.

- Construire le cercle oculaire E’F’

- Calculer sa position par rapport à O2.

- Retrouver mathématiquement l’expression de son diamètre D.

Conclusion :

Le cercle oculaire est l’image de l’objectif donnée par l’oculaire. C’est à cet endroit qu’il faut placer la pupille de l’œil pour recevoir le maximum de lumière.

- A l’aide d’une lentille convergente, d’un diaphragme et d’un écran plat, placer correctement un œil modélisé sur le schéma ci-dessus, en précisant le rôle joué par chacune des pièces du modèle de l’œil.

L2

L1

F E