La lunette astronomique
Objectifs : Le but de ce TP est de modéliser une lunette astronomique puis de comprendre le principe de formation de l’image au travers l’instrument.
I. Réalisation de la maquette
Vous devez simuler une lunette astronomique sur le banc optique en utilisant les deux lentilles L1 et L2 (un objectif et un oculaire) à votre disposition sachant que :
L’objectif pointe en direction d’un objet AB éloigné (supposé à l’infini). Cet objet donne une image intermédiaire A1B1 qui devient l’objet observé au travers l’oculaire qui donne une image finale A’B’
Situer l’image intermédiaire A1B1 par rapport à l'objectif.
L’usage d’une lunette astronomique doit se faire sans fatiguer l’œil pendant l’observation. Où se situent les objets qui répondent à cette condition ? En déduire la position de l’image intermédiaire A1B1 par rapport à l’oculaire.
Schématiser la lunette astronomique répondant à ces critères (on indiquera la position des 4 foyers F1, F’1, F2 et F’2 en prenant des distances focales f’1 et f’2 différentes).
Quelle est la distance D entre les 2 lentilles ? L’exprimer en fonction des distances focales f’1 et f’2.
Positionner sur le banc optique L1 et L2. On prendra dans un premier temps la lentille A pour objectif et B pour l’oculaire.
Viser un objet considéré à l’infini (regarder par la fenêtre). Ajuster la position de l’oculaire pour avoir une image nette. Ne plus modifier par la suite cette distance entre les 2 lentilles.
Retourner la lunette puis observer de la même manière un objet situé à l’infini. Conclure.
Sachant que la lentille A a une distance focale de 50 mm et B de 100mm, quelle lentille faut-il prendre pour objectif et oculaire pour obtenir une « bonne » lunette astronomique. Généraliser pour deux lentilles quelconques de focales f’1 et f’2.
II. Construction à l’échelle :
Représenter, sur la figure 1 du document ci-joint à l’échelle ½, le schéma correspondant au montage réalisé. On placera la lentille L2 ainsi que les points O1, O2, F1, F’1, F2 et F’2.
Remarque : l’objet étant à l’infini, les rayons qui en sont issus arrivent parallèles entre eux sur l’objectif.
L’objet n’étant pas forcement dans le prolongement de l’axe optique, les rayons font un petit angle par rapport à l’axe optique.
Vérifier les éléments de la construction par le calcul en complétant le tableau suivant :
L1 : objectif L2 : oculaire
Objet : AB Image A1B1 Objet : A1B1 Image A’B’
Position Formule de conjugaison à
utiliser Grandeurs algébriques de
position
Soit ’ est l’angle sous lequel on voit l’objet à travers l’instrument. Placer sur le schéma les angles et ’
pour en déduire le grossissement G de la lunette est donné par la relation : G'. Exprimer puis calculer le grossissement de la lunette simulée en fonction de f'1 et f'2. III. Position de l’œil : le cercle oculaire.
Placer un écran blanc opaque juste devant l’objectif puis approcher au maximum la lanterne (sans objet) de l’objectif. L’écran blanc permet d’éclairer de façon uniforme l’objectif.
Rechercher la position du disque possédant le maximum de lumière : il s’agit du cercle oculaire.
Pour quelle raison l’œil doit-y être placé à cet endroit ?
Repérer sa position.
Quelle est l’objet qui donne pour image ce cercle oculaire ? Retrouver alors sa position en utilisant 2 méthodes :
- à l’aide d’un schéma à la même échelle qu’au II (compléter la figure 2) - par le calcul en utilisant la formule de conjugaison
LA LUNETTE ASTRONOMIQUE
Figure 1 : construction de l’image d’un objet situé à l’infini
Figure 2 : Le cercle oculaire L1
L1
MATERIEL La lunette astronomique
Par groupe :
Nouveau banc d’optique Lentille A et B
Ecran opaque blanc Lanterne
Réglet
Lunette astronomique « maison » (celle en carton avec les lentilles +2 et +20 dioptries) Les 2 lunettes astronomiques
