Chapitre 19
Activité 2 - Activité expérimentale
60 min
Observation d'un objet à l'infini
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Objectifs : Représenter une lunette afocale et un faisceau émergent provenant d'un point à l'infini.
Vérifier la position d'une image intermédiaire.
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Problématique de l'activité
Un objet lointain est considéré « à l'infini » en optique. Pour une observation confortable, il convient que l'image de cet objet par un instrument optique soit aussi « à l'infini ». On parle de lunette afocale.
Comment l'usage de lentilles minces convergentes permet-il d'obtenir des images grossies d'astres lointains ?
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Doc. 1Modèle à l'œil
Le cristallin de l'œil humain peut être modélisé comme une lentille mince convergente. L'image se forme toujours sur la rétine pour un oeil emmétrope, quelle que soit la position de l'objet : il s'agit du phénomène d'accommodation.
L'observation sans fatigue correspond à un œil au repos, pour des muscles ciliaires détendus et donc pour un objet situé au loin. On modélise le cristallin par une lentille de distance focale égale à 12,5 cm et la rétine par un écran sur lequel on observe l'image.
L'observation sans fatigue correspond à un œil au repos, pour des muscles ciliaires détendus et donc pour un objet situé au loin. On modélise le cristallin par une lentille de distance focale égale à 12,5 cm et la rétine par un écran sur lequel on observe l'image.
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Doc. 2Simulation numérique
Le logiciel OptGeo est un logiciel permettant de simuler le trajet de rayons lumineux à travers des lentilles.
pour construire une lentille optique.
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Doc. 3 Maquette d'une lunette
Pour créer un objet à l'infini, il faut placer sur le banc optique un objet dans le plan focal objet d'une lentille. L'image de l'objet par cette lentille est alors située à l'infini.
Pour réaliser une maquette de lunette astronomique, il faut placer deux lentilles sur un banc optique. La distance entre les deux lentilles doit être égale à la somme des deux distances focales.
Pour réaliser une maquette de lunette astronomique, il faut placer deux lentilles sur un banc optique. La distance entre les deux lentilles doit être égale à la somme des deux distances focales.
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Doc. 4 Matériel nécessaire
- Banc optique
- Deux lentilles convergentes (f^\prime =~12,5 cm)
- Lentille de distance focale f^{\prime}_1~\gt~20 cm
- Lentille de distance focale f^{\prime}_2~\leqslant~10~ cm
- Source lumineuse
- Objet d'observation
- Écran
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Découvrez en vidéo comment réaliser une lunette de Kepler en .
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Questions
Compétence(s)
REA : Mettre en œuvre
un protocole
RAI/ANA : Utiliser et interpréter des documents
RAI/ANA : Utiliser et interpréter des documents
1. Expliquer pourquoi l'image formée par un instrument d'optique doit se situer à l'infini.
2. À l'aide du logiciel, montrer que l'on a bien une image à l'infini en positionnant deux lentilles de distances focales f^{\prime}_1 et f^{\prime}_2 et des rayons incidents provenant de l'infini.
3. Construire la maquette de la lunette en utilisant le matériel à disposition. À l'aide d'un écran, vérifier que l'image intermédiaire (image de l'objet par la première lentille) se forme bien dans le plan focal image de cette lentille.
2. À l'aide du logiciel, montrer que l'on a bien une image à l'infini en positionnant deux lentilles de distances focales f^{\prime}_1 et f^{\prime}_2 et des rayons incidents provenant de l'infini.
3. Construire la maquette de la lunette en utilisant le matériel à disposition. À l'aide d'un écran, vérifier que l'image intermédiaire (image de l'objet par la première lentille) se forme bien dans le plan focal image de cette lentille.
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4. Expliquer, à l'aide d'un schéma, pourquoi « la distance entre ces deux lentilles doit être égale à la somme de leur distance focale ».
5. À l'aide du doc. 1, modéliser un oeil sur le banc d'essai pour observer l'image de l'objet à l'infini. Préciser le sens, droit ou inversé, de cette image par rapport à l'objet.
5. À l'aide du doc. 1, modéliser un oeil sur le banc d'essai pour observer l'image de l'objet à l'infini. Préciser le sens, droit ou inversé, de cette image par rapport à l'objet.
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Synthèse de l'activité
À l'aide des documents et des expériences, expliquer comment construire une lunette afocale, dont l'image d'un objet à l'infini se forme à l'infini.
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