tp : fonctionnement compare de l`œil et d`un l`appareil photo

TP : FONCTIONNEMENT COMPARE DE L’ŒIL ET D’UN L’APPAREIL PHOTO
CH 1.06
Notion contenu
- Modélisation de l'œil.
- Comparaison avec un appareil photo.
Compétences
- Réutilisation des connaissances (relation de
conjugaison).
- Suivre un protocole.
L’appareil photo, tout comme l’œil, est un système optique complexe qui comprend plusieurs dioptres optiques.
I- MODELISATION :
L’appareil photo
L'oeil
 objectif ;  lame semi réfléchissante ; pellicule ; 
boîtier ;  diaphragme ;  lentille ;  prisme ;  viseur
Dans une approche simplifiée, on modélise les deux systèmes par :
(L:8)
Ecran
Lentille convergente
Axe optique
O
E
Diaphragme
Complétez le tableau suivant, en indiquant pour chacun des deux systèmes, quelle partie est modélisée par les
instruments d’optique suivants:
Appareil photo
Oeil
Lentille convergente
Diaphragme
Ecran
II- MISE AU POINT :
Protocole :
1. Situation 1 : Réalisez le montage précédent sur le banc optique et placez un objet à 50 cm devant la lentille
(Lentille 8 ) . Placez l’écran de telle sorte que l’image de l’objet soit nette sur l’écran. A quelle distance faut-il
placer l’écran ?
2. Situation 2 : Rapprochez alors l’ensemble lentille + écran (sans les bouger l’un par rapport à l’autre pour le
moment) de telle sorte que l’objet soit maintenant à 25 cm devant la lentille. Vous disposez éventuellement de
plusieurs autres lentilles convergentes de distances focales différentes.
II.1 APPAREIL PHOTO :
Répondre aux questions suivantes :
1- L’image de l’objet dans la situation 2 est-elle toujours nette sur l’écran?
2- Dans le cas où la modélisation précédente correspond à celle d’un appareil photo, complétez les affirmations
suivantes par vrai ou faux :
 Dans un appareil photo, je peux modifier la position de la pellicule sur l’axe optique. VRAI FAUX
 Dans un appareil photo, l’ensemble des lentilles constituant l’objectif peuvent se déplacer légèrement le
long de l’axe optique.
VRAI FAUX
 Dans un appareil photo, la distance focale de la lentille convergente peut être modifiée. VRAI FAUX
3- En tenant compte de vos réponses, réalisez la mise au point, autrement dit rétablissez une image nette de l’objet
sur l’écran. Quel élément avez-vous modifié et dans quel sens ? Replacez-vous dans la situation antérieure avant de
continuer.
4 - Vérification à l'aide de la relation de Descartes :
Situation 1 :
Situation 2 :
II.2 : OEIL :
1- Considérez maintenant le modèle précédent comme étant celui de l’œil et complétez par vrai ou faux :
 Dans un œil, la rétine peut se mouvoir le long de l’axe optique. VRAI FAUX
 Dans un œil, le cristallin peut se déplacer le long de l’axe optique. VRAI FAUX
 Dans un œil, la distance focale du cristallin peut être modifiée.
VRAI FAUX
2- En tenant compte de vos réponses, réalisez la mise au point, autrement dit rétablissez une image nette de l’objet
sur l’écran. Quel élément avez-vous modifié et dans quel sens ?
3- Vérification à l'aide de la relation de Descartes :
Situation 1 :
Situation 2 :
III- SYNTHESE :
Modélisation
Mise au point
Oeil
Diaphragme + lentille convergente
+ écran
Appareil photo
IV- LATITUDE DE MISE AU POINT OU PROFONDEUR DE CHAMP:
1-PROFONDEUR DE CHAMP ET OUVERTURE, MESURES SUR LE BANC :
1.1. Placez un objet devant la lentille du modèle de l’appareil photo (situation 1). Relevez les positions extrêmes
de l’objectif pour lesquelles l’image reste nette sur la pellicule. (Il faut dévisser l’objet du banc, ou déplacer la
lentille et l’écran ensemble).
1.2. Refaites cette même expérience en diaphragmant davantage. Conclure.
2- UTILISATION D’UNE SIMULATION :
Ouvrir le fichier « photo.htm » .Placer tous les curseurs en bas.
Faire varier l’ouverture n (d=10cm, f= 35mm), compléter le tableau :
Ouverture
2,8
8
11
32
D2-D1 (m)
La conclusion précédente est-elle confirmée ?
3- PROFONDEUR DE CHAMP ET DISTANCE OBJET LENTILLE :
Faire varier la distance d (n=2,8, f= 35mm), compléter le tableau :
Distance d (m)
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
D2-D1 (m)
Faire une conclusion :
4- PROFONDEUR DE CHAMP ET DISTANCE FOCALE DE LA LENTILLE :
Faire varier la focale f (d=0,40 m, n= 2,8), compléter le tableau :
Focale f (mm)
35
45
55
65
75
D2-D1 (m)
Faire une conclusion :
5- APPLICATION :
5.1. Les appareils photographiques jetables ont une focale (distance focale) de 35mm, et ne possède pas de système
de mise au point (pas de réglage de la position de la lentille). Avec la simulation, chercher à partir de quelle
distance la profondeur de champ est infinie.
5.2. Inversement les appareils photos qui ont des zooms importants ont une faible profondeur de champ.
Voir le fichier « mise au point appareil photo.htm ». Cette simulation, simule un appareil avec un zoom supérieur
à 200mm.
EXERCICES : Vergences du cristallin et de l'appareil photographique
1. On estime qu'un œil normal peut voir les objets de l'infini à une distance de 25 cm en accommodant au maximum. La distance séparant le
cristallin de la rétine de cet œil est OA'=17mm.
a. Dans le cas de l'observation d'un paysage lointain, quelle est la distance focale du cristallin? En déduire la vergence C1.
b. Calculer la vergence C2 de ce cristallin lorsque l'œil accommode au maximum.
c. Quelle est la variation C de la vergence du cristallin entre ces deux situations extrêmes ?
2. Un appareil photographique possède un objectif à focale variable : f peut varier de 70 mm à 35 mm.
a. Entre quelles limites varie la vergence C de cet appareil ?
b. Ces variations de la vergence sont-elles de même nature que celles de l'œil ? Justifier.