Conclusion de l'expérience
Pour vérifier toute la partie théorique, nous avons réalisé une expérience. A l'aide d'un banc optique, d'une source lumineuse et d'un objectif, nous avons testé les différentes parties de notre TPE.
Le montage
Le banc optique nous permet de mesurer les distances entre la source lumineuse, l'objectif (que l'on considère comme une lentille convergente), et le plan image. La source lumineuse est en forme de F et représente l'objet.
L'expérience
En traversant l'objectif, les rayons issus de l'objet vont être modifiés de façon à créer l'image :
On constate aussi que l'image est plus lumineuse quand le diaphragme est ouvert :
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| Diaphragme ouvert | Diaphragme fermé |
On ne le voit pas sur les images, mais on constate aussi que lorsque le diaphragme est ouvert, la zone dans laquelle l'image est nette est plus petite.
Les propriétés des objectifs ont donc été vérifiées grâce à cette expérience.
Calcul de la focale
Après avoir réalisé cette expérience, nous avons tenté de vérifier la focale de l'objectif à partir des mesures effectuées. Pour cela nous avons dessiné un schéma à l'échelle (sauf pour l'image et l'objet que l'on a agrandis par 3 en gardant leurs tailles proportionnelles car celles-ci étaient trop petites pour avoir un schéma lisible).
Mesures effectuées au cours de l'expérience : AB, l'objet, mesure 15 mm. A'B', l'image, mesure 7 mm. L'objet se situe à 250 mm de l'image.
D'après les règles d'optique, les rayons qui passent par le centre optique O ne sont pas déviés, de plus on sait que les rayons parallèles à l'axe optique passent par les foyers image F' et objets F.
D'après les règles d'optiques précédentes, nous avons donc tracé l'objet AB et l'image A'B', naturellement inversé. Puis nous avons tracé la droite d représentant les rayons passant par A et A' et la droite d' représentant les rayons passant par B et B'. Cela nous a permis de déterminer l'emplacement exact du centre optique O (à l'intersection de d et d'). Il se trouve à 170 millimètres de l'objet et donc à 80 millimètres de l'image.
Il nous reste ensuite à déterminer la distance focale : en traçant le rayon parallèle à l'axe optique passant par A et changeant de direction vers a' au niveau de la lentille, on obtient le foyer image F'. de la même manière, en traçant le rayon parallèle à l'axe optique et passant par A', on obtient le foyer objet. La focale trouvée expérimentalement est de 55mm. Il y a donc un pourcentage d'erreur de 10%, du au manque de précision des mesures en millimètre, de l'agrandissement par 3 de l'objet et de l'image, qui agrandisse également par 3 l'imprécision des mesures.
Nous avons donc réalisé le schéma suivant pour déterminer qu'elle aurait du être la taille de l'objet et l'emplacement du centre optique avec une distance focale égale à 50mm. Nous avons donc appliqué la procédure inverse à celle appliquée sur le schéma précédent. La taille de l'objet mesuré avec une distance focale de 50mm aurait dû être de 6mm. L'erreur de mesure n'est donc que d'un millimètre.
