TS Enseignement de spécialité Nom :... Coéquipier :... TÉLESCOPE DE NEWTON

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1 TS Enseignement de spécialité Nom :... Coéquipier :... TÉLESCOPE DE NEWTON But Étude du modèle d un télescope sur le banc d optique. Le télescope de Newton est constitué d un objectif, c est un miroir sphérique concave (miroir principal), d un miroir plan de renvoi (miroir secondaire) et d un oculaire équivalent à une lentille mince convergente. 1- Modélisation du télescope de Newton 1.1- Où se trouve l image d un objet lointain donnée par le miroir principal? Mesurer la distance focale du miroir concave en recherchant la position C pour laquelle l objet (lettre lumineuse) et l image sont dans le même plan, on a alors CS = 2.f (S position du miroir). f =. Mesurer la distance focale de la lentille L 0 par la méthode d autocollimation : f 0 =.. En utilisant la lentille L 0, réaliser un objet à l infini pour le télescope. Placer le miroir concave au milieu du banc et effectuer une visée vers l objet à l infini. Former l image de l objet sur un petit écran ; noter ses caractéristiques et mesurer la distance SA miroir - image. Noter la distance focale du miroir : f =... Quelques sont les caractéristiques de l image. Sa position est-elle conforme à la valeur précédente? 1.2- L image est-elle complète si l écran d observation intercepte une partie des rayons lumineux provenant de l objet? Formuler une hypothèse. Effectuer la vérification expérimentale et conclure. 1

2 1.3- Renvoi par le miroir secondaire et observation dans l oculaire Mesurer la distance focale de l oculaire L 2 (f' 2 50 mm) et de l œil réduit (f 12 cm) par la méthode d autocollimation. f' 2 = f = Placer un miroir plan à 45 à environ 12 cm avant le miroir concave. Positionner le banc d optique auxiliaire perpendiculairement au banc principal dans l axe du miroir secondaire. Rechercher avec l écran la position de l image. Ajouter une lentille oculaire L 2 de façon à obtenir l image définitive à l infini. Observer l image à travers la lentille oculaire. Rem : si l image observée à travers la lentille oculaire n est pas satisfaisante, assurez vous, avec une feuille de papier que vous déplacerez entre le miroir de renvoi et cette lentille, que la lumière réfléchie par le miroir de renvoi traverse bien la lentille. Modifier éventuellement l angle du miroir plan par rapport à l axe optique du télescope. Remplacer la lettre lumineuse par le papier quadrillé. Indiquer comment vous avez placé la lentille oculaire pour effectuer une observation à l infini. Décrire les caractéristiques de l image Image donnée par l œil réduit On envisage une observation par l œil d une image à l infini donnée par le télescope. Placer l œil (lentille L) et l écran pour une observation de l image donnée par le télescope à l infini. Mesurer la taille de l image en effectuant une mesure la plus précise possible. Objet : AB = Image donnée par l œil : A B = Comment l écran est-il situé par rapport à la lentille L? 2- Construction graphique Effectuer la construction sur papier millimétré (feuille annexe) Effectuer le tracé des rayons lumineux pour l observation d un objet lointain. Miroir concave de distance focale f = 200 mm. Miroir secondaire à 45 à 160 mm du miroir principal. Oculaire : f = 50 mm (observation de l image à l infini). Échelle 1/2. 2

3 3- Grossissement du télescope Comme pour une lunette astronomique, le grossissement standard du télescope est défini par : G = ' est l angle sous lequel est vu l objet à l infini et l angle sous lequel est vue l image. Pour le télescope afocal, c est à dire lorsque l image définitive est à l infini on démontre que : G f f' 2 En utilisant la figure effectuée au paragraphe 2, démontrer que G f f' 2.Calculer sa valeur. Effectuer un schéma représentant l objet AB et la lentille L 0 lorsqu elle donne une image à l infini de l objet AB. Montrer que l angle sous lequel on voit l image à l infini est égal à AB f 0. Schématiser l œil réduit et montrer que, angle sous lequel est vue l image, est égal à A'B' f' Calculer le grossissement standard G = ' du télescope et comparer à la valeur calculée ci-dessus. 4- Cercle oculaire Le cercle oculaire est l image du bord de l objectif donnée par l oculaire. On démontre que son diamètre vaut D co = D ob G D ob : diamètre du miroir principal. Mesurer le diamètre D ob du miroir principal. D ob =. Placer un écran juste derrière l oculaire L 2 et l éloigner progressivement, rechercher la position de l écran qui donne le maximum de lumière, le disque lumineux obtenu est appelé cercle oculaire. Évaluer approximativement son diamètre D co (mesurer la plus grande dimension). D co =. La formule indiquée ci-dessus est-elle vérifiée? 3

4 5- Défauts de l image Protocole (expérience collective) : Remplacer le miroir principal par un miroir de grand diamètre puis effectuer la mise au point pour une observation d un objet lointain à l aide de l oculaire. Observer les défauts de l image. Diaphragmer le miroir principal. Observer l image. Enlever le diaphragme et rapprocher le miroir secondaire du miroir principal. Observer l image. Décrire l image et les améliorations suggérées par le protocole. Justifier par un raisonnement approprié ces améliorations. Pour comprendre ces expériences consulter les sites : Comparer la simulation du miroir sphérique concave et du miroir parabolique. En changeant le diamètre du miroir (déplacer le point P) et en déplaçant le point M, déterminer les conditions se rapprochant du modèle de miroir sphérique. Un site à consulter pour comprendre le télescope : Les télescope actuels utilisent un miroir principal parabolique, quel est l intérêt de ce choix? 4

5 Feuille Annexe Effectuer le tracé des rayons lumineux pour l observation d un objet lointain. Miroir concave de distance focale f = 240 mm. Miroir secondaire à 45 à 200 mm du miroir principal. Oculaire : f = 50 mm (observation de l image à l infini). Échelle 1/2. 5