2. Le télescope

MODELOPTIC
®
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1. Présentation
MODELOPTIC® est un banc optique qui permet entre autre de mettre en évidence le fonctionnement des 3 instruments suivants : le microscope, la lunette astronomique, le télescope.
Il se présente sous la forme de 4 demi coques en ABS noir (munie de graduations qui permettent le positionnement précis des supports de lentille) et d’un accessoire télescope. Ce dernier
correspond à 2 demi coques de forme spécifique pouvant être disposées perpendiculairement
aux coques « classiques » pour répondre au mieux aux caractéristiques du télescope.
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3
4
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8
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7
1
Composition :
1 - 4 demi coques
2 - 1 accessoire télescope (2 demi coques de forme spécifique)
3 - 12 éléments de jonction
4 - 1 miroir Ø 20 mm (muni d’un film protecteur) sur un support en plexiglas 85 x 75 mm
5 - 1 miroir concave Ø 60 mm (focale - 400 mm)
6 - 1 objet représentant la lettre F
7 - 1 écran blanc (muni d’un film protecteur) s’insérant dans les supports de lentille
8 - 6 supports de lentilles et lentilles Ø 42 mm : F = + 50 (2 x), + 100 (2x), +250 et - 100 mm
2. Montage
- Disposer un élément de jonction à chaque extrémité des demi coques
Les oreilles des éléments de jonction se
trouvent toutes du même côté
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sillon
nervure
Veillez à respecter l’alignement des sillons et des nervures tant au niveau des demi coques qu’au niveau des éléments de jonctions (les « oreilles » des éléments de jonction devront être toutes du même
côté).
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- Disposer les lentilles à l’intérieur des demi coques
Les 2 ergots situés de part et d’autre du support de lentille viendront s’insérer dans les rainures prévues à cet effet (sur les bord et sur le fond des demi coques). Vous pouvez vous aider des graduations, situés dans le sillon et sur la nervure des demi coques, pour positionner les 2 ergots, l’un bien
en face de l’autre.
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- Dès lors que les lentilles ont été positionnées correctement, pour vérifier la pertinence du montage, on
pourra disposer les demi coques restantes sur celles déjà utilisées.
Faites correspondre les sillons des coques inférieures avec les rainures des coques supérieures et inversement pour rendre l’enceinte étanche
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- Vous avez ainsi réalisé un véritable instrument optique. Vous pouvez donc l’utiliser comme tel :
- On pourra faire de même pour réaliser un télescope dont le montage est légèrement différent dans la
mesure où il est nécessaire d’utiliser un accessoire spécifique permettant de renvoyer le faisceau perpendiculairement :
Positionnement de l’accessoire télescope
(perpendiculaire aux demi coques)
Placement du miroir de Ø 20 mm à 45°de
l’axe optique (utiliser les rainures au fond
de l’accessoire télescope)
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Montage définitif du télescope
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En positionnant les coques supérieures, vous aurez finalisé le montage du télescope et vous pourrez
l’utiliser comme tel
- Il est possible également de disposer les 4 demi coques les unes au bout des autres pour former un
banc d’optique de 80 cm de long.
En lui associant MODELOPTIC Source 2 03952 ou MODEOLPIC Laser 03953, le générateur de
fumée 03923 et les demi coques transparentes 03949, on transformera MODELOPTIC en un superbe
outil pour l’étude de la focométrie dans le mesure où le trajet emprunté par la lumière pourra être
visualisé très facilement.
avec MODELOPTIC Source 2
ref 03952
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avec MODELOPTIC Laser
ref 03953
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4. Exploitation pédagogique
1. La lunette astronomique
1.1 Réaliser un objet à l’infini
Positionner une demi coque en ABS noir devant la source lumineuse MODELOPTIC. Agissez
sur la tige à l’arrière de l’appareil pour obtenir un faisceau convergent.
Repérer la position où le faisceau émergent de la source converge et placer à ce niveau une lentille Ls de focale f’s (voir tableau ci-dessous).
Positionner l’objet AB (symbolisé par la lettre F), placé sur un support de lentille, au foyer objet
de la lentille Ls.
1.2 La lunette astronomique afocale (terrestre avec la lentille divergente)
Ajouter deux demi coques à l’ensemble « source + objet à l’infini ». Ces deux demi coques constituent la base de la lunette et on considèrera par la suite qu’elle sont graduées de 0 à 400 mm
dans le sens de la lumière.
Positionner la lentille L1 à l’extrémité de la lunette (graduation zéro).
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Placer la lentille L2 à la suite de L1 de façon à ce que la distance séparant leurs centres optiques soit
égale à la somme de leur distance focale.
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Différentes combinaisons de lentilles.
Ls
f’s (mm)
L1
f’1 (mm)
L2
f’2 (mm)
Lc
f’c (mm)
G
distance entre
les lentilles
(mm)
distance de L1 au cercle
optique (mm)
100
100
50
50
-2
150
225
50
100
100
50
-1
200
400
50
250
50
50
-5
300
360
50
250
100
50
-2,5
350
490
50
250
-100
50
2,5
150
90
Déplacer perpendiculairement au banc, un écran derrière L2. Repérer alors la position où la section du faisceau émergent se réduit à un petit cercle lumineux à bords nets, appelé cercle oculaire.
Noter cette position CO.
Déplacer, lorsque cela est nécessaire, les lentilles L1 et L2 pour que le cercle oculaire se trouve
légèrement en dehors de la lunette.
Observer en vision directe, l'image de l’objet à travers la lunette, l’œil étant positionné en CO.
Comparer à l'image obtenue sans L2.
1.3 Réaliser l’œil réduit
Ajouter une demi coque à l’extrémité de l’ensemble « source-lunette ».
Placer au niveau du cercle optique CO la lentille Lc (cristallin ), puis régler la position de l'écran
E (rétine) de façon à observer une image nette A’B’. Mesurer la distance entre Lc et E.
Mesurer sur l'écran la dimension H d'un détail de l'image, puis la dimension h du même détail en
« vision directe » (ôter alors L1 et L2 du banc).
En utilisant les quatre demi coques transparentes et le générateur de fumée on pourra visualiser le
trajet des faisceaux lumineux.
1.4 Utiliser la lunette
Les lentilles L1 et L2 ayant été positionnées correctement, on peut utiliser l’instrument en disposant,
sur celles de la lunette, les deux demi coques utilisées pour l’objet à l’infini et l’œil réduit.
1.5 Exploitation des résultats
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Faire un schéma du dispositif entier à l'échelle 1/5. L'objet AB est symbolisé par un segment vertical
de 2 cm de haut, A étant situé sur l'axe optique. Construire les images intermédiaires données par Ls,
L1, L2, Lc.
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a. Indiquer, sur le schéma, l'angle α sous lequel l' oeil réduit voit l'objet AB situé à l'infini. Indiquer de même l'angle α’ sous lequel l’œil réduit voit l'image donnée par la lunette.
b. Le grossissement étant défini par
α ' , montrer qu'il peut s'exprimer par la relation :
α
G=
A ' B ' f s'
f c' AB
où A’B’ représente l'image formée au niveau de la rétine. Effectuer l'application numérique et
montrer l'intérêt de la lunette
c. Comparer à la valeur
f1'
f 2'
d. Comparer à la valeur expérimentale
H
h
e. Quel est l'intérêt de placer l'entrée de l’œil réduit au niveau du cercle oculaire ?
2. Le télescope
2.1 Matériel nécessaire
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−
−
−
−
−
−
4 demi-coques
2 accessoires télescope
1 miroir Ø60 mm
8
1 miroir Ø 20 mm sur son support
1 lentille Ø 50 mm
1 écran
2.2 Réaliser le télescope
Positionner l’accessoire télescope perpendiculairement à la demi-coque, suivi de deux demi coques. On considèrera par la suite, qu’elles sont graduées de 0 à 400 mm dans le sens de la lumière, avant le miroir.
Positionner le miroir sphérique M1 au niveau de la graduation 300 mm
Placer le miroir plan M2 dans son logement, dans l’accessoire télescope pour qu’il réfléchisse le
faisceau lumineux perpendiculairement au trajet incident.
Graduation 0
Placer la lentille de focale f = 50 mm, face à la graduation 80 mm de l’accessoire télescope en
considérant que la graduation 0 se situe comme indiquée sur le schéma ci-dessus.
Placez l’écran dans le prolongement de la lentille, derrière le miroir pour éviter l’intrusion de
lumière parasite
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Positionnez alors les coques restantes et l’accessoire télescope sur le montage réalisé
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3. Le microscope
Pour le 2ème cas de figure, le cercle optique se situera avant les 400 mm qui représente la
longueur totale du microscope Il sera alors intéressant de « reculer » d’autant les lentilles
L1 et L2 de sorte que le cercle optique soit positionné juste après les 40 mm. Ainsi si on
place l’image juste avant le 0, L1 se trouvera face à la graduation 86 mm et L2 face à la
graduation 260 mm.
L1 (mm) L2 (mm) Lc (mm)
50
50
100
50
50
100
Position de
Position de
l’objet
L2 (mm)
O1A (mm)
-80
-60
186
174
gamma1
G2
G=gamma1*G2
Position du cercle
optique (mm)
2,7
2,5
5
2,5
13.5
6,25
410
320
3.1 Réaliser le microscope
Ajouter trois demi coques à la source MODELOPTIC :
La première servira à positionner l’objet AB et les deux demi coques suivantes constituent la
base du microscope et on considèrera par la suite que ces deux dernières sont graduées de 0 à
400 mm dans le sens de la lumière.
Positionner la lentille L1à la graduation 0 mm. Placer l’objet à observer à la position - 60 mm par
rapport à la lentille L1.
Déplacer perpendiculairement au banc un écran derrière L1 et repérer la position de l’image A1.
Placer la lentille L2 à la suite de L1, de façon à ce que la distance L2A1 soit égale à la distance
focale de L2.
Déplacer perpendiculairement au banc, un écran derrière L2. Repérer alors la position où la section du faisceau émergent se réduit à un petit cercle lumineux à bords nets, appelé cercle oculaire.
Noter cette position CO.
Observer en vision directe l'image de l’objet à travers le microscope, l’œil étant positionné en
CO.
3.2 Réaliser l’œil réduit
Ajouter une demi coque en sortie du montage précédemment réalisé.
Placer au niveau du cercle optique CO la lentille Lc (cristallin ), puis régler la position de l'écran
E (rétine) de façon à observer une image nette.
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Mesurer la distance entre Lc et E. Mesurer sur l'écran la dimension H d'un détail de l'image, puis
la dimension h du même détail en « vision directe » (après avoir enlevé les lentilles L1 et L2, il
faudra accommoder donc déplacer la lentille Lc pour obtenir une image nette sur l’écran).
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∆
B
A
A1
F1
α'
F2
F’1
B1
objectif
occulaire
B' à l'infini
3.3 Exploitation des résultats
Faire un schéma du dispositif entier à l'échelle 1/5. L'objet AB est symbolisé par un segment vertical de 2 cm de haut, A étant situé sur l'axe optique. Construire les images intermédiaires données par L1, L2, Lc.
Le grossissement du microscope est défini par : G =
α'
α
α’ : angle sous lequel on voit l'image donnée par l'instrument
α : angle sous lequel on voit l'objet à l'œil nu à la distance dm = 0,25 m.
AB
0, 25
AB
α ' ≈ tan(α ' ) = 1 ' 1
f2
α ≈ tan(α ) =
donc
G=
α ' A1 B1 0, 25
= ' .
α
f 2 AB
Le grandissement de l'objectif est donné par :
γ1 =
A1 B1 ∆
=
AB
f1 '
avec ∆=F’1F2
On montre que le grossissement commercial de l'oculaire est :
02973-3
G2 = α ' .
11
0, 25
1
=
A1 B1 4 f 2 '
On obtient le grossissement commercial du microscope :
G = γ 1 .G 2
Le calculer.
Comparer à la valeur expérimentale
H
h
4. Entretien et Garantie
Entretien
Aucun entretien particulier n’est nécessaire au fonctionnement de votre appareil.
Pour le bon fonctionnement de l’appareil il est nécessaire de le manipuler lui et ses accessoires avec le plus grand
soin.
L’utilisateur pourra procéder de temps à autre, au nettoyage des lentilles et miroirs au moyen d’un papier non abrasif
pour lentilles.
Toutes les opérations de maintenance ou de réparation doivent être réalisées par PIERRON EDUCATION.
En cas de problème, n’hésitez pas à contacter le Service Clients.
Garantie
Les matériels livrés par PIERRON sont garantis, à compter de leur livraison contre tous défauts ou vices cachés du matériel vendu. Cette garantie est valable pour une durée de 2 ans après la livraison et se limite à la réparation ou au remplacement du matériel défectueux. La garantie ne pourra être accordée en cas d’avarie résultant d’une utilisation incorrecte du matériel.
Sont exclus de cette garantie, la verrerie de laboratoire, les lampes, les fusibles, tubes à vide, produits, pièces d’usure,
matériel informatique et multimédia.
Certains matériels peuvent avoir une garantie inférieure à 2 ans, dans ce cas, la garantie spécifique est indiquée sur le
catalogue ou le document publicitaire.
Le retour du matériel sous garantie doit avoir notre accord écrit.
Vices apparents : nous ne pourrons admettre de réclamation qui ne nous serait pas parvenue dans un délai de quinze
jours après la livraison au maximum. A l’export ce délai est porté à un mois.
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La garantie ne s’appliquera pas lorsqu’une réparation ou intervention par une personne extérieure à notre société aura
été constatée.
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