TP n°12 – Œil, loupe et lunette astronomique

Moreggia PCSI 2011/2012
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TP n°12 – Œil, loupe et lunette astronomique
Objectifs :
o Réaliser expérimentalement un œil simplifié
o Mesurer le grossissement commercial d’une loupe
o Réaliser une lunette astronomique et mesurer son grossissement
1. Etude expérimentale de l’oeil
1.1. Préalables : mesures simples concernant l’œil humain
 Mesurer votre Punctum Proximum personnel (avec et sans lunettes si vous en avez). En déduire la
distance focale du cristallin, connaissant la distance cristallin - rétine (16 mm).
 Sur une feuille, dessiner une mire constituée de traits noirs verticaux parallèles entre eux, de largeur 1mm
et distants de 1mm. Fixer cette mire dans un plan vertical à la hauteur des yeux et reculer jusqu’à ne plus
distinguer les traits. Mesurer grossièrement la distance à laquelle se situe la mire, et en déduire le pouvoir
séparateur de votre œil.
1.2. Réalisation expérimentale d’un œil simplifié
On modélise le cristallin par une lentille CV (f’=20 cm), et la rétine par un plan situé à distance fixe de la lentille.
Pour un œil « normal », à quelle distance doit se situer l’écran ?
Pour des raisons pratiques, on ne déplacera pas l’œil ainsi réalisé. On déplacera si besoin l’objet observé.
Œil au repos :
 Réaliser cet œil sur banc d’optique.
 On souhaite étudier la situation où cet œil observe un objet à l’infini. Comment réaliser, à l’aide d’une
source de lumière et d’une lentille CV auxiliaire, un objet (pour l’oeil) à l’infini ?
Le réaliser expérimentalement. Ce dispositif s’appelle un collimateur.
 Observer l’image se formant sur la rétine. Que remarque-t-on ?
Œil au PP :
On ne pourra pas reproduire complètement le phénomène d’accommodation de l’œil humain, puisqu’il faudrait
pouvoir faire varier continûment la focale du cristallin. On va juste reproduire un œil observant à son PP.
 Accoler une lentille CV (focale de 20 cm) au cristallin. On suppose que l’ensemble des deux lentilles
réalise le cristallin accommodant au maximum. Quelle est alors la focale du cristallin ?
 Que dire alors de l’image sur la rétine de l’objet à l’infini ?
 Ne plus utiliser le collimateur. Déplacer la source lumineuse jusqu’à observer une image nette sur la
rétine. Mesurer la distance entre l’œil et la source (PP de l’œil). Est-ce compatible avec la valeur
attendue ?
 Mesurer la taille de l’image sur la rétine.

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2. Grossissement commercial d’une loupe
Une loupe est une lentille CV placée à une distance de l’objet inférieure ou égale à sa distance focale. On utilisera
une lentille de 10 cm de focale pour réaliser la loupe.
 On reprend le montage précédent, l’objet étant situé au PP de l’œil. On modifie l’œil de manière à réaliser
un œil au repos. Insérer la loupe entre l’objet et l’œil, de manière à observer une image nette sur la rétine.
A quelle distance doit alors se situer la loupe ?
 Mesurer la taille de l’image sur la rétine. En la comparant à la mesure précédente, en déduire le
grossissement commercial de la loupe. Est-ce la valeur attendue ?
3. Grossissement d’une lunette de visée à l’infini (lunette astronomique)
La lunette de visée à l’infini forme une image à l’infini d’un objet à l’infini. C’est donc un système afocal. On va
réaliser expérimentalement une telle lunette à l’aide de deux lentilles CV :
o un objectif de focale 20 cm
o un oculaire de focale 10 cm
3.1. Image à l’œil nu d’un objet à l’infini
 Grâce à un collimateur, réaliser un objet à l’infini pour l’œil nu.
 Former l’image de cet objet sur la rétine. Mesurer la taille de l’image.
3.2. Image à travers la lunette - Mesure du grossissement
 Disposer l’objectif à une distance quelconque du collimateur (pas trop loin, sinon on perd en luminosité).
 Repérer où se forme l’image intermédiaire, et y placer l’oculaire.
 Mesurer alors la taille de l’image sur la rétine. En déduire le grossissement de la lunette. Est-ce la valeur
attendue ?
3.3. Cercle oculaire
 A partir du montage précédent, placer sa main à la sortie de la lunette pour intercepter le faisceau de
lumière sortant. Chercher la position de la main pour laquelle la section du faisceau est minimale.
 A cette position le faisceau est circulaire, et sa section s’appelle le cercle oculaire. On admet que le cercle
oculaire est l’image du diaphragme de l’objectif à travers l’oculaire. En déduire par le calcul la position
attendue du cercle oculaire. Correspond-elle à la valeur mesurée ?
 Sachant que l’on cherche à obtenir une image la plus lumineuse possible sur la rétine de l’œil, où doit-on
placer son œil à la sortie d’une lunette ?