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TP•Opt (2)
wTP : Focom´etrie des lentilles mincesObjectifs :
•D´eterminer la nature (convergenteCVou divergenteDV) d"une lentille mince.•D´eterminer par diff´erentes m´ethodes la distance focale image d"une lentille convergenteLC(on
prendra celle not´ee +5δ) et d"une lentille divergenteLD(on prendra celle not´ee-2δou-3,3δ
selon les disponibilit´es)•Comprendre le principe du viseur `a frontale fixe et l"utiliser pour faire des mesures de distances.
Rq :Selon les m´ethodes utilis´ees, on sera amen´e `a utiliser des lentilles auxiliaires dont les
distances focales seront suppos´ees connues. Compl´ement Internet :Animation qui pr´esente toutes les constructions possibles avec une lentille quelconque : (sectionOptique g´eom´etrique>lentilles>§1" Lentille sphérique mince »).Q :Quelles sont
les focalesf? correspondantes `a ces vergences?I Identification rapide : CV ou DV?
FObservation directe :Les lentilles minces `a bords minces sontCV, les lentilles minces `a bords´epais sontDV.
FEffet loupe :Une lentilleCVdonne d"un objet plac´e `afaible distanceune image virtuelle, droite etagrandie.FEffet anti-loupe :Une lentilleDVdonne
d"un objet r´eelproche ou ´eloign´eune image virtuelle, droite etr´eduite.FUne lentilleCVdonne une image r´eelle et
renvers´eed"un objet r´eel´eloign´e. L"image ´etant r´eelle, on peut la recueillir sur un" écran » (feuille de papier ou bien le sol si le plafonnier est l"objet éloigné).ÜQ :Quelles sont les natures des lentilles
photographiées ci-contre?Ceci donne
d"ailleurs une premi`ere´evaluation
grossi`ere de la distance focale. FLorsqu"on d´eplace transversalement une lentilleCVdevant un objet plac´e `a faible distance,son image se d´eplace dans le sens inverse de celui de la lentille. Dans le cas d"une lentilleDV, le
sens du d´eplacement est le mˆeme. ÜD´eterminer `a l"oeil nu le caract`ere convergent et divergent des lentilles minces `a votredisposition. Pour ce faire, utiliser l"" effet loupe » ou " anti-loupe » ou bien observer dans le
couloir un objet à très grande distance (arbre, fenêtre...) comme sur les photos ci-dessus. ÜDéterminer l"ordre de grandeur de la focale des lentilles convergentes à l"aide d"un objet lointain et d"une feuille de papier.II M´ethode d"auto-collimation
•Montage : xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxLampe/source
à distance finie(L )2MiroirEcran
TP•Opt (2)
TP O4III. Utilisation d"un viseur2012-2013 (24.09)La m´ethode d"auto-collimation
consiste `a placer l"objetABdans le plan focal objet de la lentille en s"aidant d"un miroir plan qu"on place `a la sortie de la lentille.Int´erˆet :L"imageA?B?de l"objet
`a traversLCest alors `a l"infini et le syst`eme{AB;LC}constitue un collimateur.Aspect pratique :la m´ethode ne
d´epend pas de la position relative du miroir par rapport `a la lentille ni de son inclinaison. G´en´eralement, on accole le miroir `a la lentille. zM´ethode d"auto-collimation :ÜPlacer la lentille convergente devant l"objet ´etenduABet disposer juste derri`ere la lentille
un miroir plan. ÜD´eplacer l"ensemble Lentille,Miroir jusqu"`a ce que l"image de l"objet apparaisse nette, de mˆeme taille et renvers´ee dans le plan de l"objet (Gt=-1). ÜLa distance entre l"objet et la lentille est alors ´egale `a la distance focale :f?= AO. ÜR´ealiser l"auto-collimation pour la lentilleLC(+5δ).ÜV´erifier l"accord entre les valeurs exp´erimentale et th´eorique de la distance focalef?.
Rq :S"assurer que l"image observ´ee est bien celle r´esultant de l"auto-collimation et non pas une
image parasite ´eventuelle (provenant de la r´eflexion sur la face avant de la lentille). Pour ce faire,
on peut interposer sa main entre la lentille et le miroir ou ˆoter le miroir. Retenir :Tr`es souvent en optique, on doit ´eclairer un dispositif enlumi`ere parall`ele: On doit donc" fabriquer », pour ce dispositif, une source objet à l"infini (collimateur; cf.TPC - Spectro). Un moyen simple consiste `a placerune source lumineuse au foyer objet d"une lentille CV. L"autocollimationest une technique optique permettant de le faire avec pr´ecision.III Utilisation d"un viseur
III.1 Oculaire
♦D´efinition :L"oculaire est un composant de tous les instruments d"optique qui ont pour rˆole de fournir une image virtuelle en sortie. Du latinoculus(" oeil »), il correspond à la partie de l"instrument qui se trouve proche del"oeil. Il équipe entre autre viseur et lunette. a RˆoleLe rˆole de l"oculaire est de fournir une image virtuelle visible sans effort par l"utilisateur (cette
image se situera donc auPR, soit `a l"infini pour un oeil sans d´efaut) `a partir d"un objet. Il sert
´egalement `a grossir l"image en question. Son fonctionnement est donc `a rapprocher de celui d"une
loupe. b ConstitutionL"oculaire est constitu´e d"un r´eticule, ensemble de deuxfils orthogonaux appartenant au mˆeme
plan de front, et d"un ensemble de deux lentilles (doublet) dont le fonctionnement est ´equivalent
`a celui d"une lentille convergenteL. On obtient donc la situation sch´ematique suivante.2http://atelierprepa.over-blog.com/Qadri J.-Ph.|PTSI
2012-2013 (24.09)III. Utilisation d"un viseur
TP•Opt (2)
TP O4 c R´eglage FOn raisonne dans le cas d"un oeil sans d´efaut (ou corrig´e).Le but du r´eglage est de placer `a l"infini l"imageA?B?d"un r´eticuleAB, donc de faire co¨ıncider
AetF. L"image sera alors vue sans effort.
SiAest avantF, l"image n"est pas virtuelle
et ne peut ˆetre observ´ee, siAest entreF etO, l"image est virtuelle mais `a distance finie.Pour r´egler, il faut donc :
Üplacer l"objet loin deLet regarder `a
l"infini (oeil relˆach´e);Üdiminuer progressivement la distance
AFsans chercher `a accommoder;
Üd`es que l"image est nette, on a atteint
le point voulu :A=F.Rq :La difficult´e de ce r´eglage vient du fait que l"oeil cherche naturellement `a accommoder pour
obtenir une image. Il faut donc arriver `a sentir que l"on observe auP.R.(relˆachement total). De plus, une fois le r´eglage effectu´e, il faut toujours observer `a l"infini pour voir net.FChaque oeil ´etant particulier, leP.R.varie selon les observateurs.Ce r´eglage est donc person-
nel. Il faut placer l"oeil tr`es pr`es de l"oculaire pour qu"il recueille le plus de lumi`ere possible. Les
myopes et hyperm´etropes portant des lunettes auront int´erˆet `a les enlever pour faire ce r´eglage
(attention!ce n"est pas toujours possible en cas de grosses corrections). Les astigmates devront eux garder leurs lunettes. Une fois le r´eglage effectu´e, toute image plac´ee dans le mˆeme plan de front que le r´eticule sera vue nette par l"utilisateur.