Peux-tu fabriquer un télescope réfracteur en utilisant de l'eau en guise de lentilles?
Personne regardant dans un télescope (Nataniil, iStockphoto)
Personne regardant dans un télescope (Nataniil, iStockphoto)
Quels sont les liens avec mon programme d'études?
Construis ton propre télescope réfracteur en utilisant des verres d'eau comme lentilles.
Matériel:
- 2 verres ou récipients lisses et transparents
- de l’eau
- Une règle
- Une image que tu peux utiliser pour focaliser ton télescope
- Du papier ou carton (facultatif)
- 1 verre ou récipient lisse et transparent avec un diamètre différent ou une courbure différente des autres (facultatif)
Marche à suivre
- Commence par trouver ou fabriquer une image que tu regarderas à l'aide de ton télescope. Dessiner une épaisse flèche noire horizontale au milieu d'une feuille de papier blanc fonctionne bien.
- Mets le papier debout. Un moyen facile de le faire est de le plier en 3 comme une lettre et de le placer de façon à ce que le panneau central soit tourné vers l'avant et les deux panneaux des côtés vers l'arrière. Assure-toi que la flèche sur le papier est à une hauteur visible lorsque tu regardes à travers un verre.
- Place un verre vide à environ 15 cm en face de ton image. Mets-toi à la hauteur des yeux pour pouvoir regarder ton image à travers le verre. Que vois-tu ?
- Remplis maintenant le verre d'eau. Maintenant, à quoi ressemble l'image?
Configuration de l'image et du verre ©2023 Parlons sciences).
Image - Version texte
L'image montre une illustration en couleur de la configuration expérimentale.
À l'arrière-plan de l'image se trouve un parallélogramme brun pâle. Cette forme représente un plateau de table. Au-dessus du côté gauche du parallélogramme se trouve un étroit parallélogramme blanc sur lequel est dessinée une flèche sur toute sa longueur. La tête de la flèche pointe vers le haut, à droite. Cette forme représente l'image du papier. Sous cette forme se trouve le texte « Papier avec image ». À droite de cette forme se trouvent deux ovales bleus pâles reliés par des lignes. Cette forme représente le verre à boire. Au-dessus de l'ovale du haut se trouve le texte « Verre ». Une ligne rouge part de la pointe de la flèche sur le papier et s'étend horizontalement jusqu'au centre du verre. Elle s'étend ensuite vers le bas, vers la droite. Une ligne verte similaire s'étend de l'extrémité de la flèche, horizontalement à travers le verre, puis vers le haut à droite. Au-dessus de l'endroit où les lignes rouges et vertes se croisent se trouve le mot « Point focal ». Là où les lignes vertes et rouges se terminent, sur le côté droit de l'image, se trouve le texte « Ton œil ». Une ligne pointillée gris pâle s'étend verticalement au centre du verre. Une autre ligne en pointillés gris pâle s'étend perpendiculairement à la première ligne en pointillés jusqu'au point focal. En dessous se trouve le texte « Distance focale ».
- En utilisant ce que tu as appris sur les lentilles et les télescopes à réflexion, peux-tu déterminer la distance focale de ta lentille en verre d'eau?
- Essaie d'utiliser cette distance pour concevoir ton propre télescope à réfraction où ton image apparaît dans l'orientation d'origine.
Un verre d'eau agit comme une double lentille convexe. Cela signifie qu'il redirige la lumière vers l'intérieur jusqu'à un foyer. La distance entre le centre du verre et le foyer s'appelle la distance focale. À des distances qui dépassent ce foyer, l'image que nous voyons serait inversée car la lumière de chaque côté de l'image se croise au foyer.
Si nous utilisons une deuxième lentille (verre d'eau), nous pouvons essentiellement doubler ce diagramme de sorte que l'image observée dans le diagramme après le premier verre se retourne à nouveau pour créer une nouvelle image observée qui a la même orientation que l'image originale. Il faudra peut-être jouer un peu avec les distances des deux verres pour que l'image apparaisse correctement lorsqu'on regarde à travers les deux verres. Comment ces distances se rapportent-elles à la distance focale de tes « lentilles » ?
Les télescopes à réfraction fonctionnent comme ils le font car ils utilisent deux lentilles avec des distances focales différentes.La première lentille (l'objectif) a généralement une plus grande distance focale et capture la lumière provenant de l'objet que tu veux voir. La deuxième lentille (l'oculaire) a généralement une distance focale beaucoup plus petite et élargit la lumière provenant de la première lentille. Pour mettre au point l'image que tu vois à travers un télescope à réfraction, il te suffit de régler la distance entre les deux lentilles. C'est essentiellement ce que tu faisais dans cette expérience!
Le grossissement dans un télescope à réfractionprovient de la différence entre les distances focales de ses deux lentilles. Essaie cette même expérience avec deux verres de diamètres (courbures) différents. Comment les distances focales de tes «lentilles» affectent-elles le grossissement de ton image?
Remarques-tu quelque chose de bizarre à propos du grossissement que tu vois?
Un verre d'eau n'est pas une lentille parfaite car il n'y a une courbure convexe que dans le sens horizontal. C'est pourquoi ton image ne s'étire que dans le sens horizontal. Peux-tu trouver autre chose qui ferait une meilleure lentille?
Qu’est-ce qui se passe?
Un verre d'eau agit comme une double lentille convexe. Cela signifie qu'il redirige la lumière vers l'intérieur jusqu'à un foyer. La distance entre le centre du verre et le foyer s'appelle la distance focale. À des distances qui dépassent ce foyer, l'image que nous voyons serait inversée car la lumière de chaque côté de l'image se croise au foyer.
Si nous utilisons une deuxième lentille (verre d'eau), nous pouvons essentiellement doubler ce diagramme de sorte que l'image observée dans le diagramme après le premier verre se retourne à nouveau pour créer une nouvelle image observée qui a la même orientation que l'image originale. Il faudra peut-être jouer un peu avec les distances des deux verres pour que l'image apparaisse correctement lorsqu'on regarde à travers les deux verres. Comment ces distances se rapportent-elles à la distance focale de tes « lentilles » ?
Pourquoi est-ce important?
Les télescopes à réfraction fonctionnent comme ils le font car ils utilisent deux lentilles avec des distances focales différentes.La première lentille (l'objectif) a généralement une plus grande distance focale et capture la lumière provenant de l'objet que tu veux voir. La deuxième lentille (l'oculaire) a généralement une distance focale beaucoup plus petite et élargit la lumière provenant de la première lentille. Pour mettre au point l'image que tu vois à travers un télescope à réfraction, il te suffit de régler la distance entre les deux lentilles. C'est essentiellement ce que tu faisais dans cette expérience!
Pousser l'enquête
Le grossissement dans un télescope à réfractionprovient de la différence entre les distances focales de ses deux lentilles. Essaie cette même expérience avec deux verres de diamètres (courbures) différents. Comment les distances focales de tes «lentilles» affectent-elles le grossissement de ton image?
Remarques-tu quelque chose de bizarre à propos du grossissement que tu vois?
Un verre d'eau n'est pas une lentille parfaite car il n'y a une courbure convexe que dans le sens horizontal. C'est pourquoi ton image ne s'étire que dans le sens horizontal. Peux-tu trouver autre chose qui ferait une meilleure lentille?