TP2 LA LUNETTE ASTRONOMIQUE AFOCALE

A. Produire des images, Observer
TP2 LA LUNETTE ASTRONOMIQUE AFOCALE
Objectifs:
- Modéliser un instrument d’optique
I. L’œil p26 doc3
a. L’accommodation :
Le cristallin de l’œil peut être modélisé par une lentille
convergente de distance focale variable permettant
d’accommoder de l’infini (le Punctum Remotum point
visible par l’œil au repos) à la distance minimale dm=25cm
(le P Proximum point le plus proche visible par l’œil en
accommodant au maximum). L’image se forme alors sur la
rétine située à environ 16mm du cristallin.
L’œil ne fatigue pas lors de la vision d’objets
très éloignés : donc supposés situés à l’infini.
Par contre pour une vision de prés les muscles
de l’œil modifient la courbure du cristallin
(modification de la focale) et l’œil fatigue.
Compéter les rayons lumineux sur le schéma ci
contre correspondant à un œil n’accommodant pas.
b. Pouvoir séparateur
Eloignez vous de la mire ci-contre. A partir d’une distance D, l’oeil ne sépare
plus deux lignes noires voisines. Mesurer
D
Mesurer la distance d séparant deux
d
lignes noires consécutives.
En déduire la valeur de l’angle limite
sous lequel 2 points différents A et B
peuvent être vu séparés.
Le pouvoir séparateur d’un œil normal est de l’ordre de :
c.
Diamètre apparent d’un objet (doc1 p27)
L’angle sous lequel est vu un objet à l’œil nu
sans que celui n’accommode est appelé diamètre
apparent de l’objet.
II. La lunette afocale
1. Présentation p26 doc1
Rôle : la lunette est un appareil d’optique destiné à observer de grands objets très
éloignés. Elle est essentiellement constituée de deux parties :
L’objectif :
L’oculaire :
L’image formée par l’objectif constitue l’objet pour l’oculaire : elle est appelée image
intermédiaire.
Dans une lunette, les deux systèmes optiques convergents sont centrés sur le même axe optique.
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Définition :
Questions
 Où se situe l’image
intermédiaire A1B1
formé par l’objectif
de l’objet AB situé à
l’infini ?
 Où doit être placé
l’image intermédiaire
par rapport à
l’oculaire pour que son
image soit située à
l’infini ?
Symbolisation :
Conclusion :
2. Modélisation
L’objectif sera modélisé par une lentille convergente L1 de vergence C1 = 4 . L’oculaire
sera modélisé par une lentille convergente L2 de vergence C2 = 20 .
 Calculer les distances focales et
des deux lentilles
 Quelle distance doit-il y avoir entre L1 et L2 pour que la lunette soit afocale ?
L’objet AB, situé à l’infini, est la planète Mars photographiée par la sonde Rosetta
(source CNES) scotchée au mur ou à la fenêtre.
 Mesurer le diamètre
de l’objet.
Positionner l’objectif et l’oculaire sur le banc de façon à ce que l’oculaire soit
pratiquement à l’extrémité du banc d’otique. Observer à travers l’oculaire l’image
définitive de Mars, ajuster la netteté en déplaçant l’oculaire.
 Comment apparaît cette image ?
 Mesurer la distance Objet Objectif
1) Mesure du diamètre apparent de AB
La figure ci-dessus montre la direction de 2 rayons passant par le centre
optique O1 de l’objectif qui délimitent le diamètre apparente de la planète
Mars observée depuis O1
L1
B
A
O1
 Déterminer la valeur approchée du diamètre apparent en radians
2) Image intermédiaire A1B1
 Représenter par un schéma à l’échelle 1/2 : l’objectif, l’objet à l’infini, le
centre optique O1, les foyers objet et image de L1. Représenter les rayons
permettant d’obtenir l’image intermédiaire.
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Mesurer sa taille ? Est elle droite, renversée ? Repérer sa position conclure ?
Exprimer la taille A1B1 de l’image intermédiaire en fonction de et
L’image définitive A’B’
Construire l’image définitive de Mars à travers l’oculaire sur le schéma
Exprimer en fonction de . puis calculer l’angle ’ sous lequel on voit l’image
définitive A’B’.
4) Grossissement de la lunette p27
Le grossissement d’une lunette est
, avec l’angle sous lequel on voit


3)


l’objet à l’œil nu et ’ l’angle sous lequel on voit l’objet à travers la lunette
 Calculer le grossissement G de la lunette.
 Exprimer le grossissement en fonction de et . Calculer G.
5) Le cercle oculaire p28
Le cercle oculaire est l’image de la monture de l’objectif donnée par l’oculaire.
Tous les rayons traversant l’objectif émergent de la lunette par l’oculaire.
 Construire le cercle oculaire sur la feuille de papier millimétré (échelle
verticale 1)
 En déplaçant un écran derrière l’oculaire, trouver la tache lumineuse
correspondant au cercle oculaire (tache la plus petite possible). Mesure sa
taille
et sa position
.
 Retrouver par le calcul :
o La position
du cercle oculaire (relation de conjugaison)
o La taille
du cercle oculaire (relation de grandissement)
 Quel est l’intérêt de placer l’œil au niveau du cercle oculaire ?
 La taille de la pupille est d’environ 4mm en plein jour. L’œil perçoit il toute
la lumière issue de l’objectif ?
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