lunette astro - télescope de Newton

FICHE T.P. 05
LA LUNETTE ASTRONOMIQUE.
LE TELESCOPE DE NEWTON.
Compte rendu élève–Commentaires pour le prof.
I. Problème posé :

Rappeler les conditions d’observation sans fatigue pour l’œil.
L’image finale A’’B’’ devra se trouver à l’infini.
Cela suppose que l’image intermédiaire A’B’ se trouve dans le plan focal objet de L2.

Quelle est celle des deux lentilles qui permet d’obtenir l’image intermédiaire la plus grande ? En déduire quelle
lentille sera utilisée en objectif.
Les élèves disposent de deux lentilles :
ils doivent déterminer expérimentalement la distance focale de chaque lentille (méthode de l’objet à l’infini : fin TP 01).
Objectif : L1 : distance focale 20 cm.
Oculaire : L2 : distance focale 10 cm.
Ils pourront dessiner :
L’image d’un objet éloigné, se forme dans le plan focal image de la lentille.
L’image obtenue est d’autant plus grande que la distance focale est grande.
Ils pourront conclure que la lentille de grande distance focale sera utilisée en objectif.
Quand à l’oculaire, nous avons vu au TP 02, qu’il grossit d’autant plus que sa distance focale est petite !

Positionner sur le banc optique L1 et L2 de sorte que l’on puisse distinguer les différents traits qui constituent la
mire, placée à 4 ou 5 m de l’objectif.
La mire fournie est constituée de traits de 1 mm d’épaisseur et séparés de 1 mm.
Si la mire est placée à plus de 3,5 m, les traits ne sont plus visibles, on voit une page grise.
Faire travailler les élèves sur les bancs posés sur les paillasse situées à gauche (par exemple) de la salle (coté opposé aux
fenêtres pour être dans la pénombre et obtenir un bon contraste)
Placer alors les mires sur les paillasses de droite, le plus loin possible du banc, à plus de 3,5 m si possible.
Eclairer fortement la mire.
Placer L1 sur le banc et récupérer l’image intermédiaire A’B’ sur un écran.
Utiliser L2 comme loupe. Eloigner progressivement L2 de A’B’ pour observer une image nette.
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II. Construction à l’échelle :
Construire la situation expérimentale à l’échelle (1/5 sur l'axe optique):
Au programme officiel figure « retrouver par construction les caractéristiques d’un objet connaissant son image ».
Aussi la construction graphique devra se faire dans l’ordre suivant :
A’’B’’ à l’infini (les rayons émergeants du microscopes sont parallèles).
Par construction, retrouver les caractéristiques de A’B’ (A’ est sur F 2) .
L’objet AB étant à l’infini, A’B’ est sur F’1..
On en déduit que F’1 est confondu avec F2.
Ainsi la distance séparant les deux lentilles est égale à la somme des distances focales de l’objectif et de l’oculaire.
Une lunette utilisée dans ces conditions est dite afocale.
Vérifier les éléments de la construction par le calcul en complétant le tableau suivant dans le même ordre que la
construction.
L1 : objectif
L2 : oculaire
Objet : AB
Image A’B’
Objet : A’B’
L’objet AB est à
l’infini
A’ sur F’1
A’ sur F2
F’1 = F2
Position
Formule de
conjugaison à
utiliser
Grandeurs
algébriques de
position
Caractéristiques
1
1
1


O1 A' O1 A O1 F '1
O1 A = - 
A l’endroit
1
1
1


O2 A' ' O2 A' O2 F ' 2
O1 A'  O1 F '1
O2 A'  O 2 F2
O1 A' = 20 cm
O2 A' = -10 cm
A l’envers
Soit  est l’angle sous lequel on voit l’objet situé à l'infini sans instrument.
Pour  petit, on peut écrire tan   = A’B’/ O1F’1.
Soit ’ est l’angle sous lequel on voit l’objet à travers l’instrument : Voir schéma ci-dessus.
Pour ’ petit, on peut écrire tan’  ’ = A’B’/ O2F2.
Le grossissement G = ’ /  de cette lunette est donné par la relation :
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Image A’’B’’
A l’infini pour une
observation sans
fatigue pour l’œil.
O2 A' ' = 
Plus grosse que A’B’
A l’envers
G=
O1 F '1 V 2
=
.
O2 F ' 2 V1
Nous avons construit une lunette de grossissement G = 10/5 = 2.
Une lunette grossit d’autant plus que la focale de l’oculaire est petite. Nous l’avons déjà vu.
Elle grossit d’autant plus que la focale de l’objectif est grande. Mais augmenter O 1F’1 présente deux inconvénients :
cela augmente la longueur de l’instrument,
à trop augmenter la distance focale de l’objectif, on perd en luminosité.
C’est d’ailleurs pour cette raison qu’une autre grandeur entre en jeu : le diamètre de l’objectif ; plus il sera grand, plus
lumineuse sera l’image finale.
Ainsi une lunette portant les nombres (40070) indique un grossissement G = 400.
70 correspond au diamètre de l’objectif en mm
V. Position de l’œil : le cercle oculaire.
Orienter la lampe face à la lunette simulée. La lampe doit être placée le plus loin possible.
Déplacer l’écran après L2 et repérer la section du faisceau la plus étroite sortant de la lunette.
Rappeler que le C.O. est l’image de l’objectif donnée par l’oculaire.
L’œil doit être placé à son voisinage pour recevoir un maximum de lumière.
VI. Le télescope de Newton.
Le but de cette partie sera de réaliser un télescope simulé sur la paillasse professeur, l’objet étant une feuille, sur laquelle
on place de petits points très rapprochés, placée sur le mur au fond de la salle. Les points ne doivent pas être visibles à
l’œil, le télescope va permettre de les « séparer ».
(C’est une simulation de l’observation de deux étoiles proches non visibles à l’œil. Le télescope va permettre de les
distinguer car il augmente le pouvoir séparateur.)
L’image A’B’ d’un objet situé à l’infini donnée par un miroir sphérique se trouve dans le plan focal du miroir.
Former l’image de la mire, donnée par le miroir sphérique, sur un écran.
Pour observer cette image à la loupe, il faudrait placer l’observateur entre l’objet et l’image intermédiaire. L’observateur
stoppe alors la lumière émise par l’objet.
Discuter avec la classe des solutions possibles.
Dans le cas du télescope de Newton on place un second miroir, plan, incliné de 45 ° sur l’axe optique.
Il se forme alors une image A’ que l’on place au foyer de l’oculaire pour une observation sans fatigue pour l’œil.
Construire sur un schéma à l’échelle le trajet de la lumière dans un télescope de Newton dont l’objectif et l’oculaire ont
une distance focale, respectivement de 220 cm et 13 cm
L’échelle utilisée sera 1/10 sur les axes optiques.
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