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Lunette et instruments d'optique
Sujet Bac Corrigé - Télescope de Newton - Bac S La Réunion 2005 (ancien programme) - Ex 3 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2005
Bac S (ancien programme)
L'exercice 3 du bac S La Réunion 2005, réservé aux élèves de spécialité, part de la notice d'un télescope de Newton : 4 points, environ 52 minutes.
- Lecture de la notice : miroir principal, miroir secondaire, oculaire, diamètre et distance focale.
- Construction de l'annexe : image par le miroir plan, foyers de l'oculaire et marche d'un faisceau.
- Grossissement : démonstration de G = f'1/f'2 et choix de l'oculaire pour 150×.
Le corrigé fournit l'annexe complétée et les méthodes de construction. Gratuit en PDF. 🔭
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Lire la notice d'un télescope comme un physicien
L'exercice 3 du bac S La Réunion 2005 est l'exercice de spécialité : il remplaçait, pour les élèves concernés, l'exercice obligatoire de même barème. Noté sur 4 points, soit environ 52 minutes, il part d'un document très concret, la notice d'un télescope 114/900, et demande de la traduire en langage d'optique, puis de construire la marche de la lumière dans l'instrument.
Partie A : décoder la notice
Les trois éléments légendés sont le miroir principal, sphérique et concave, le miroir secondaire, plan et incliné à 45°, et l'oculaire, une lentille convergente. L'indication 114/900 donne le diamètre du miroir principal, 114 mm, et sa distance focale, 900 mm. La valeur en millimètres associée à chaque oculaire, 6 mm ou 20 mm, est sa distance focale. La phrase de la notice sur les rayons « courbés » appelle une rectification : le point de concentration est le foyer du miroir principal, et les rayons ne sont pas courbés mais réfléchis de façon à converger vers ce foyer.
Partie B : construire l'image dans l'instrument
L'astre est à l'infini : son image par le miroir principal se forme dans le plan focal, d'où une distance A1S égale à 900 mm. Le miroir plan donne de cette image un symétrique A2B2, perpendiculaire à l'axe de l'oculaire. Pour que l'image définitive soit rejetée à l'infini, A2B2 doit se trouver dans le plan focal objet de l'oculaire : le foyer objet est confondu avec A2. Les rayons issus de B2 ressortent alors parallèles entre eux, parallèlement à la droite qui joint B2 au centre optique de l'oculaire. Le corrigé fournit l'annexe complétée, avec la marche complète du faisceau.
La dernière question établit le grossissement. Dans l'approximation des petits angles, l'angle sous lequel on voit l'astre s'exprime avec la focale du miroir principal, et l'angle de sortie avec celle de l'oculaire. On obtient G = f'1/f'2. Pour un grossissement de 150, il faut une focale d'oculaire de 900/150 = 6 mm. L'autre oculaire, de 20 mm, donne un grossissement de 45 : on retrouve les deux valeurs annoncées par la notice.
Les pièges à éviter
Un miroir réfléchit la lumière, il ne la réfracte pas : parler de réfraction pour le miroir principal coûte des points. Sur l'annexe, les prolongements des rayons au-delà du miroir plan se tracent en pointillés, puisque la lumière n'atteint jamais l'image intermédiaire A1B1. Pour le grossissement, les deux focales doivent être exprimées dans la même unité, et le résultat est sans unité.
Conseils pour réussir
Pour l'image donnée par un miroir plan incliné à 45°, reportez les distances au miroir perpendiculairement à celui-ci : l'axe vertical devient l'axe horizontal. Tracez d'abord le rayon qui passe par le centre optique de l'oculaire, sans déviation, puis les autres rayons parallèlement à lui. Enfin, vérifiez votre résultat avec les grossissements indiqués dans la notice.