Exercice 1 : Le modèle de la lunette afocale
Une lunette astronomique est modélisée par deux lentilles minces convergentes de même axe optique : , de distance focale , et , de distance focale . Le schéma n'est pas à l'échelle.
La lunette est réglée pour être afocale. On l'utilise pour observer un objet très éloigné, considéré à l'infini, le point étant sur l'axe.
- a) Laquelle des deux lentilles joue le rôle d'objectif ? Justifiez.
- b) Où se forme l'image intermédiaire donnée par l'objectif ? À quelle distance de ?
- c) Cette image est-elle réelle ou virtuelle, droite ou renversée ? À quelle distance de se trouve-t-elle ?
- d) Calculez les vergences des deux lentilles.
- e) Un observateur myope rapproche légèrement l'oculaire de l'objectif, de sorte que se trouve entre et . La lunette est-elle encore afocale ? Où se forme l'image finale ?
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Réponses
- a) , de grande distance focale, tournée vers l'objet
- b) Dans le plan focal image de , à mm de
- c) Réelle, renversée, à mm de
- d) ;
- e) Non ; image finale virtuelle à distance finie, adaptée à l'œil myope
a) L'objectif est , la lentille de GRANDE distance focale, tournée vers l'objet. C'est elle qui forme une première image de l'objet lointain ; l'oculaire , de petite distance focale, sert de loupe pour observer cette image. Sur le schéma, la plus grande lentille est l'objectif : un grand diamètre collecte plus de lumière.
b) Un objet à l'infini donne une image dans le PLAN FOCAL IMAGE de la lentille : est confondu avec , à de . On le justifie par la relation de conjugaison : avec , .
c) L'image intermédiaire est RÉELLE : les rayons y passent effectivement, on pourrait la recueillir sur un écran ou un capteur. Elle est RENVERSÉE, puisque le rayon issu de passant par n'est pas dévié et traverse l'axe au centre optique. La lunette étant afocale, : l'image est à de , dans le plan focal OBJET de l'oculaire.
d) et . La distance focale doit être en MÈTRES pour obtenir des dioptries : écrire donnerait un nombre mille fois trop petit.
e) Non : et ne sont plus confondus, le système n'est plus afocal. L'objet de l'oculaire, , est situé entre son foyer objet et son centre optique : l'oculaire fonctionne alors en loupe et donne une image finale VIRTUELLE, droite par rapport à , à distance finie. C'est exactement ce que cherche un œil myope, qui ne voit nettement que des objets proches : chaque observateur règle la mise au point pour sa propre vue.