TP Lunette ML - lagouge@ecole

TS
Enseignement de spécialité
Nom : ……………………… Coéquipier : …………………….
LUNETTE ASTRONOMIQUE
But
Étude du modèle d’une lunette astronomique sur le banc d’optique.
1 RÉALISATION D'UN OBJET À L'INFINI
Matériel sur banc d'optique : 2 lentilles L0 et L2 (f0  f2  + 20 cm), objet : papier millimétré transparent.
Protocole :
 Mesurer la distance focale de la lentille par la méthode d'autocollimation.
 L'objet est placé dans le plan focal objet de la lentille. Où est l'image A0B0?
Faire une figure à l’échelle (lentille L0, objet et image).
 Utiliser la lentille L2 pour vérifier la position de l’image donnée par la lentille L0.
Décrire la méthode
Cette vérification dépend-elle de la distance des lentilles ?
AB
En utilisant la figure, montrer que l’angle  sous lequel on voit l’objet AB à travers la lentille est tel que tan  = f'
0
2 LUNETTE ASTRONOMIQUE
Elle est constituée d'un objectif assimilé à une lentille convergente L 1 de grande distance focale et d'un oculaire équivalent
à une lentille convergente L2 de faible distance focale.
L'image obtenue est renversée mais pour les observations du ciel cela n'a pas d'importance.
La lunette sera afocale lorsque l'image d'un objet lointain donnée par l'instrument est à l'infini. Une image intermédiaire
se forme au foyer image de l'objectif, le foyer image de l'objectif est confondu avec le foyer objet de l'oculaire.
2.1. Lunette astronomique schématique
Matériel sur banc d'optique :
Lentille L0 (f'0  +20 cm), lentille objectif L1 (f'1  80 cm ), lentille oculaire L2 (f'2  +20 cm),
Et œil fictif L (f  +25 cm), source éclairant un objet constitué avec papier millimétré transparent, écran.
Protocole :
 Mesurer les distances focales des lentilles par la méthode d'autocollimation.
f'0 = ................
f'1 = ................
;
f'2 = ................
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et f’= ................

Réaliser le montage schématisé en plaçant L2 de telle sorte que son foyer objet coïncide avec le foyer image
de L1, dans ces conditions on ne peut former l'image nette sur un écran.
a) Observer à travers la lunette l'image donnée par L2 à environ 20 cm de l’oculaire.
b) L'image définitive sur l'écran doit se former à la distance focale f' de la lentille L (œil fictif). Placer l'œil
fictif dans ces conditions.
Attention : respecter scrupuleusement les positions indiquées sur le schéma objet - lentille L0, distance L1 -L2 et lentille L - écran,
Si l'image obtenue n'est pas nette déplacer très légèrement la lentille L0.
L2
L1
L
0
F'1
F
O1
o
O
Ecran
A"' F'
F2
Objectif
Objet à l'infini
O2
L
Oculaire
Lunette astronomique
œil fictif


Mesurer la taille A’B’ de l'image obtenue sur l'écran. A’B’ = ..............................
Placer votre œil à la place de L et observer l'image donnée par la lunette schématique L 1 - L2. Essayer de
déterminer le sens de l'image.
1° Faire un tracé à l'échelle du faisceau lumineux traversant la lunette (lentilles L 1 et L2 seulement) pour un objet à l'infini
(f'1 = 80,0 cm ), lentille oculaire L2 (f'2 = +20,0 cm).
AB
2° Calculer l'angle  sous lequel on voit à l'œil nu l'objet AB ( tan  = f' ).
0
A'B'
Calculer l'angle sous lequel l'œil fictif voit l'image (tan ' = f' ).
En déduire le grossissement
G=
'
.

En général, le grossissement est un nombre positif. Si on souhaite lui affecter un signe, quel est-il ?Pourquoi ?
2
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f'1
Montrer que lorsque la lunette est afocale |G|  f'
2
Comparer la valeur calculée à l'aide de cette expression et la valeur mesurée.
3° Dans quel sens se forme l'image donnée par l'œil fictif ? En déduire le sens de l'image donnée par la lunette.
2.2. Mise au point de l'instrument
Mettre au point une lunette astronomique, c'est amener l'image définitive A’B’ dans les limites de vision distincte de
l'observateur, c'est à dire entre son punctum proximum et son punctum remotum.
La vision de repos de l’œil normal est à l’infini, aussi il est préférable de régler l’instrument pour cette vision, on évite ainsi
la fatigue de l’accommodation de l’œil.
Comme il ne peut être question de s'approcher de l'objet (situé à l'infini !), la mise au point s'effectue en déplaçant l'oculaire
par rapport à l'objectif et pour éviter la fatigue d'accommodation on s'arrange pour que l'image définitive A"B" se forme au
punctum remotum, soit à l'infini pour l'œil normal. Dans ces conditions des deux foyers F 1' et F2 coïncident.
2.3. cercle oculaire
Le cercle oculaire est l'image de l'objectif diaphragmé, donnée par l'oculaire. Il est situé très près du plan focal image de
l'oculaire et son diamètre est de l'ordre de celui de la pupille de l'œil. Pour que l'œil reçoive le maximum de lumière, il doit
être placé à son voisinage, un œilleton de l'oculaire permet à l'œil de s'y positionner.
Protocole :

Retirer l'œil fictif (lentille L et écran) et placer un diaphragme d’environ 1 cm de diamètre sur L 1 (objectif)


Observer à travers l'oculaire l’image de la grille-objet. Placer l'œil à quelques centimes de L2, observer.
Reculer l'œil progressivement, noter les conditions d'observations à environ 20 cm de l'oculaire, puis continuer
à éloigner l'œil de l'oculaire.
 Placer la pointe d’un stylo au centre de l’objectif et vérifier que le cercle oculaire est l’image de l’objectif
donnée par l’oculaire.
1° L'observation peut-elle être effectuée à une distance quelconque de l'oculaire ?
2° À quelle distance approximative de l'oculaire le champ est-il maximum ?
3° Comment avez-vous vérifié que le cercle oculaire est l’image de l’objectif donnée par l’oculaire ?
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4° Effectuer une construction graphique de la position du cercle oculaire (utiliser les mêmes données que précédemment,
diamètre de l’objectif : 40 mm).
Remarque : effectuer le tracé du cercle oculaire en utilisant de préférence les rayons passant par le foyer objet de
l’oculaire (la démonstration demandée à la question 5° est alors plus simple).
5° En utilisant la figure démontrer que le diamètre du cercle oculaire vaut :
Dob
Dco = G
(Dob : diamètre de l’objectif).
2.4. Étude d’une petite lunette astronomique
Matériel : lunette astronomique de démonstration
(objectif : fOb  45 cm ; oculaire : fOc environ 2 cm).
Protocole :


Noter les valeurs des distances focales de l’objectif et de l’oculaire indiquées sur la lunette.
Effectuer une observation d’un objet à l’infini (le plus loin possible), régler la lunette pour obtenir une image
nette puis mesurer la distance entre l’objectif et l’oculaire.
 Pour une observation d’un objet non situé à l’infini faut-il augmenter ou diminuer la distance précédente.
1° Pour une image formée à l’infini, la lunette est-elle afocale ? Indiquer le calcul numérique qui vous a permis de le
vérifier (la vérification est souvent très approximative, les distances focales des lentilles n’étant pas données avec un
bonne précision)
2° En admettant que l’image donnée par la lunette se forme à l’infini (image obtenue étant à l’infini dans les conditions
précisées au paragraphe 2.2.), vérifier par un raisonnement approprié, utilisant la relation de conjugaison, la nature du
réglage effectué lors d’une observation d’un objet proche (non situé à l’infini).
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