Calvet

Calvet
Tom
1°Ssi
Dossier TPE
Avancées scientifiques et réalisation
technique
Les télescopes : Conception, technique et
utilisation
Sommaire
I) Introduction :
- Un peu d’histoire
II) Conception :
- Le gabarit
- Les miroirs
III) Technique :
- Les miroirs
- Les lois de Descartes
IV) Utilisation :
- Mécanique
- Pointage
I) Introduction :
Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant «
regarder, voir »), est un instrument optique permettant d'augmenter la
luminosité ainsi que la taille apparente des objets à observer. Son rôle
de récepteur de lumière est souvent plus important que son
grossissement optique, il permet d'apercevoir des objets célestes
ponctuels difficilement perceptibles ou invisibles à l'œil nu.
Les télescopes sont principalement utilisés en astronomie, car leurs
réglages ne les rendent propices qu'aux observations d'objets très
éloignés et se déplaçant relativement lentement.
Précurseur du télescope, la lunette d'approche a été conçue en Italie
vers 1586 ; son invention est très probablement due à l’opticien italien
Giambattista della Porta. Mais c’est en 1609 que l’astronome italien
Galilée présenta la première lunette astronomique.
II) Conception
Un télescope doit avoir de bonne proportion, il ne s’agit pas juste
d’installer deux miroirs et un objectif, il faut également que le
télescope est une taille précise et un diamètre précis. Il faut également
utiliser des miroirs spéciaux et avec une bonne disposition.
Le Diamètre du télescope est de la taille du miroir primaire, c’est la
caractéristique la plus importante de l’instrument. Plus ce diamètre est
élevé plus le grossissement sera important et permettra d’observer des
astres lointains. Ce diamètre est généralement exprimé en millimètre
ou alors en pouces (1" = 25,4 mm). Le diamètre étant important mais
il y’a d’autre facteur a prendre en commun tel que la distance focal.
La distance focal correspond a la distance de l’objectif, elle est
exprimé en millimètre, elle peut également être calculée à partir du
rapport f/D. Ce rapport est le rapport focal/Diamètre exprimé dans la
même unité. Un instrument possédant une faible distance focal sera
plus compact est plus facile à manipuler ou transporter. Plus la
distance focal augmente plus il sera facile d’observer mais
l’instrument sera alors très encombrant.
L’utilisation de miroirs
Un télescope est généralement Composé de deux miroirs, un principal
concave parabolique et un secondaire plan, ils disposent également
d’un oculaire, là ou l’on regarde.
Le miroir principal, il est concave et parabolique, la surface
réfléchissante est devant ce qui permet la réflexion et non la
réfraction, il n’y’a donc pas de déformation. Ce miroir sert à créer une
image prime de l’objet observer qui est ensuite refléter sur le miroir
secondaire.
Le miroir secondaire sert à transmettre l’image prime de l’objet
observé jusqu'à l’oculaire, l’image ne subit pas déformation. Ensuite
l’oculaire sert à agrandir cette image pour que l’on puisse l’observer
avec précision.
Il existe différent type de télescope, caractérisés par leur taille, leur
nombre de miroir, ou la disposition des miroirs. Un télescope ne
modifie pas l’image de l’objet étudié, il sert uniquement à la grossir.
III) Technique
Les Lois de Descartes :
Les lois de Snell-Descartes décrivent le comportement de la lumière à
l'interface de deux milieux. Ces lois sont au nombre de deux, une pour la
réflexion et une pour la réfraction. Avec la propagation rectiligne de la
lumière dans les milieux homogènes et isotropes, ces lois sont à la base de
l'optique géométrique.
Le rayon lumineux est dit incident avant d'avoir rencontré la surface
réfléchissante, il est dit réfléchi après.
Le point de rencontre du rayon incident et de la surface réfléchissante est
appelé point d'incidence.
La droite orthogonale à la surface réfléchissante au point d'incidence est
appelée normale (à la surface réfléchissante).
Le plan contenant le rayon incident et la normale à la surface
réfléchissante au point d'incidence est dit plan d'incidence.
L'angle orienté θ1 pris entre la normale au point d'incidence et le rayon
incident est dit angle d'incidence.
L'angle orienté θ2 pris entre la normale au point d'incidence et le rayon
réfléchi est dit angle de réflexion.
Les angles θ1 et θ2 sont positifs si orientés dans le sens trigonométrique,
négatifs sinon. Attention : certains auteurs utilisent d'autres conventions.
La loi de la réflexion s'énonce ainsi :
le rayon réfléchi est dans le plan d'incidence
les angles incident θ1 et réfléchi θ2 vérifient :
Schéma explicatif de la loi de la réfraction :
Le grossissement :
Le grossissement optique est une grandeur sans dimension qui correspond
au rapport de l'angle sous lequel est vu l'objet observé à travers l'instrument
d'optique par rapport à celui sous lequel il est vu à l'œil nu.
Le grossissement est décri par la formule :
G = θ’/θ= dm/f= 1/4f
A très longue distance le grossissement peut être comparé au
grandissement dont la formule est :
Y=
=
OA : la distance entre le point A et le centre optique O de la lentille ;
OA’ : la distance entre le point A' (image de A par la lentille) et le centre
optique de la lentille ;
AB : la hauteur de l'objet AB ;
A’B’ : la hauteur de l'image A'B' ;
IV) Utilisation
Dans l’univers chaque objet étant en constant déplacement, il faut calculer
les vitesses des différents objets entrant en compte, comme la Terre autour
du soleil ou sur elle-même, ainsi que le déplacement de l’astre observé.
Pour plus de faciliter, Nous pointerons l’étoiles polaire qui est dans l’axe
de rotation de la Terre, donc sont déplacement est pratiquement infime.
La Terre autour du soleil.
Elle décrit un cercle de rayon 150 millions de kilomètres, et fait le tour du
soleil en 365.25jours, soit 31 557 600 secondes.
Vterre = W.R
W = 2π/t = 1,99.10-7rad/s
Vterre = 1,99.10-7 * 150.106
= 29,86 Km/s
La Terre se déplace a 29,86 Km/s
La terre fait un tour sur elle-même en 24h soit 86 400 secondes
Vrotation = W.R
W = 2π/t = 7,27.10-5rad/s
Vrotation = 7,27.10-5 * 6,4.106
= 465,42 m/s
la vitesse de rotation de la Terre sur elle-même est de 465,42 m/s