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TP de Physique 2014-2015
Classe de Terminale S2
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TP Physique n°1 : Ondes & Célérité
vendredi 5 septembre 2014
On se propose d’étudier la vitesse de propagation d’une onde progressive sur différents
supports. On appelle onde progressive la propagation d’une perturbation dans un milieu.
Programme officiel :
définir une onde progressive à une dimension
Connaître et exploiter la relation entre retard, distance vitesse de propagation
(célérité)
Pratiquer une démarche expérimentale visant à étudier qualitativement et
quantitativement un phénomène de propagation d’une onde.
1. Vague sur l’eau
On se propose de calculer la propagation d’une perturbation que l’on crée dans un tube
rempli au tiers par une solution de permanganate de potassium (pour la colorer). Pour
calculer la célérité d’une onde, on utilise la
formule : c= MM’/où (en s) est le temps mis par
l’onde pour passer du point M au point M’ dont la
distance est exprimée en mètres.
2. Echelle de perroquet
Une échelle de perroquet est constituée d’une lame
élastique verticale tendue sur laquelle sont fixés
des barreaux horizontaux, tous identiques. Comme précédemment, on déplace une petite
barre pour créer une perturbation.
3. Perturbation sur la corde
Dans quelle direction s’est faite la propagation ? Et dans
quel sens ? La propagation est horizontale vers les
fenêtres mais la perturbation est horizontale vers le fond
de la pièce.
Y a-t-il déplacement des « morceaux » de corde ? Y a-t-il
transport de morceaux de corde ? Non il n’y a pas de
déplacement de matière. Le morceau de corde qui était
en un endroit avant reste à la même place après le
passage de la perturbation.
3
4. Ressort à boudin
On imprime un petit déplacement transverse qui va se
répercuter le long du ressort à boudin. Il existe deux
modes de propagation suivant que l’on perturbe en
compressant ou en déplaçant perpendiculairement le
ressort. La célérité de l’onde ne sera alors pas la même.
On appelle onde progressive transversale une onde dont
la perturbation est perpendiculaire à la direction de
propagation. On appelle onde progressive longitudinale
une onde dont la perturbation est dans la même
direction que la propagation (comme le son).
5. Célérité du son par Latis Pro
On génère un ensemble de salves (signal rouge) dans le domaine des ultrasons. Le signal se
propage de l’émetteur au récepteur (sur la photo de droite à gauche) pour donner ensuite
un signal bleu avec un certain retard t.
0 cm 5 cm 10 cm 15 cm 20 cm
0 s 260 s 400 s 611 s 770 s
Calcul du coefficient directeur
La valeur attendue était de 343 m/s : c’est la vitesse de propagation des ondes sonores.
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Expériences
Milieu Type onde célérité
Tube
eau transversale c=0,31 m.s-1
Perroquet
acier élastique transversale c=0,49 m.s-1
Latis salve sonore
air longitudinale c= 343 m.s-1
Corde
Tissu, fibres transversale c = 50 m.s-1
Boudin
Fer 10 m transversale c =14,5 m.s-1
Conclusion
Pour l’épreuve du baccalauréat, vous devez savoir faire :
Un calcul de célérité avec les bonnes unités (mètre et seconde)
Calculer un coefficient directeur expérimental
Une estimation de l’ordre de grandeur de la valeur mesurée.
5
TP Physique n°2 : Spectres
vendredi 12 septembre 2014
On se propose de décomposer le son en signaux de fréquences multiples entre elles. Cette
décomposition permet d’expliquer les différence de son des instruments pour une note
donnée.
Programme officiel :
Analyse spectrale. Hauteur et timbre.
Réaliser l’analyse spectrale d’un son musical et l’exploiter pour en caractériser la
hauteur et le timbre.
6. Hauteur d’un son : le la3 ou A4
La hauteur d’un son est une sensation physiologique. Elle désigne la fréquence, en Hertz
(Hz), d’un son. Un son est grave si sa fréquence est faible ; il est aigu si sa fréquence est
élevée.
Un son est dit pur lorsque l’onde est parfaitement sinusoïdale. Il s’agit du son le plus simple
qui puisse exister.
Prendre le diapason et visualiser le spectre du son grâce au logiciel Latis Pro.
Sous Audacity :
Cliquez sur le “ rond rouge ” pour enregistrer et le “ carré orange ” pour arrêter
l’enregistrement.
Pour sélectionner une partie de la bande son, utiliser l’icône : (surligne en gris foncé
la partie sélectionnée)
Pour réaliser le spectre du son en fréquence, choisir : “ Analyse ” puis “ tracer le
spectre… ” puis dans la partie “ taille ”, choisir “ 4 096 ”.
Le ou les pics apparaissent. Pour connaître la valeur de la fréquence correspondante,
placer votre souris à proximité puis, en bas de la fenêtre s’affiche.
7. Timbre d’un son
Le timbre d’un son est en quelque sorte la « couleur » propre de ce son. C’est lui qui nous
permet, physiologiquement, de faire la différence entre deux instruments jouant la même
note. Le timbre d’un son est la propriété liée à cette différence. Il dépend du spectre du son.
6
Un son peut se décomposer en somme de sons avec une partie d’une fréquence principale f1
(la fondamentale) puis d’autres sons appelé harmoniques de fréquence fn = n × f1: cette
décomposition prend le même nom que la décomposition de la lumière : le spectre d’un son.
Nous allons examiner le spectre de différents instruments pour une note de La.
a. La flûte
fréquence f1= f2= f3= f4= f5=
intensité
Intensité relative
b. La guitare
fréquence f1= f2= f3= f4= f5=
intensité
Intensité relative
c. L’orgue électronique
fréquence f1= f2= f3= f4= f5= f6=
intensité
Intensité relative
d. L’orgue
fréquence f1= f2= f3= f4= f5= f6=
intensité
Intensité relative
e. Le xylophone
7
fréquence f1= f2= f3= f4= f5=
intensité
Intensité relative
8. Reconnaissance d’une voix
Entraînez-vous à chanter un « la » (au fait, comment vérifier que vous
chantez juste ?) grâce au diapason et enregistrez le spectre grâce à Latis
Pro : il s’agit d’une décomposition unique signature de votre personne !
Le LA en guitare, a la particularité de se retrouver sur une corde à vide (c’est la deuxième corde la
plus épaisse, aussi appelée la 5ème corde ou corde de LA.
Réglage de Latis : EA0 20000 points 100 ms
DIAPASON
fréquence 440
Niveau mV 100
Niveau relatif 1
FLÛTE
fréquence 893 1700 2670 3576 4450
Niveau dB -49 -68 -58 -67 -66
Niveau relatif 0 -19 -9 -18 -17
GUITARE
fréquence 108 216 327 436 653
niveau -23,7 -49,2 -48,6 -60,8 -64
Niveau relatif 0 -25,5 -24,9 -37,1 -40,3
ORGUE
fréquence 462 875 1288 1738 2226
niveau -34,9 -49,9 -51,6 -53,5 -71,9
Niveau relatif 0 -15,0 -16,7 -18,6 -37,0
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TP Physique n°3 : Diffraction
vendredi 19 septembre 2014
Introduction : Nous allons voir que la lumière possède une caractéristique d’une onde car elle
peut être diffractée comme les vagues sur l’eau.
Objectif : Découvrons la loi entre θ, λ et a.
Programme officiel : Pratiquer une démarche expérimentale visant à étudier ou utiliser le
phénomène de diffraction dans le cas des ondes lumineuses.
Listes du matériel : un laser vert, un laser bleu, un laser rouge, un écran, une règle, Latis Pro,
un obstacle avec 7 fentes de différentes largeur et un obstacle avec 4 fils de différentes
largeurs.
1. Mesure de la largeur de la tache
Tout d’abord, nous allons prendre un laser rouge et nous allons mettre l’écran à 1m50
de l’obstacle à 7 fentes que nous disposons devant les lasers rouge, vert et bleu. Ensuite nous
avons mesuré la largeur l de la tache de diffraction, à l’aide d’une règle, pour chacune des
fentes. Nous avons mis les résultats dans les tableaux suivants.
Rouge (en cm) Vert (en cm) Bleu (en cm)
0,40 mm 0.4 0.4 0.35
0,28 mm 0.7 0.6 0.5
0,12 mm 1.5 1.4 0.9
0,10 mm 2.1 1.7 1.1
0,05 mm 2.9 2.8 2.3
0,04 mm 4.5 4.2 2.7
0,07 mm 2.2 2.1 1.3
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Puis nous faisons la même chose avec l’obstacle contenant les fils.
Rouge (en cm) Vert (en cm) Bleu (en cm)
0.06 mm 2.3 1.8 1.4
0.08 mm 1.8 1.5 1.3
0.10 mm 1.5 1.4 1.1
0.14 mm 1.2 1.1 0.9
2. Exploitation
Après avoir noté les résultats, nous allons sur le logiciel Latis Pro afin de les y recueillir.
Pour cela, nous allons dans « Tableur », « Nouvelles variables », nous avons entrés 7
nouvelles variables ( a, lr, lb, lv, thetar, thetab et thetav) puis nous avons mis dans le tableur
les résultats concernant chaque variables. Ensuite nous allons dans « Traitement », « Feuille
de calculs », puis nous rentrons les calculs à faire soit :
et
Ensuite il faut aller dans fenêtre graphique et mettre theta(r), theta(b) et theta(v) en ordonnée
et inva (1/a) en abscisse.
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Remarques :
Les droites sont linéaires car θ varie en λ/a. L’abscisse 1/a est proportionnelle à θ. Les droites ont pour équation : λ.x (avec x=1/a) Le coefficient est λ (longueur d’onde) λ rouge > λ vert > λ bleu Le coefficient directeur pour le rouge: a = 650.10-9 nm
Conclusion
Suite aux mesures nous aboutissons heureusement à λ rouge > λ vert > λ bleu. De plus,
lorsque nous avons tracé les droites, nous avons pu confirmer la relation de la diffraction : θ =
λ/a.
Ce qu’il faut savoir pour le baccalauréat :
Extraire le coefficient directeur à la main
Bien connaître la façon dont on mesure la tache
Connaître la relation avec la demi-longueur
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TP Physique n°6 : Astrophysique
vendredi 10 octobre 2014 Introduction :On va dépouiller les spectres d’absorption d’une étoile en révolution autour
d’une autre pour connaître sa vitesse (comme dans le cas de l’émetteur de la roue dans le TP
n°5).
1. Détermination expérimentale de la vitesse de rotation Vr et de
la période T.
1.1. Etude des spectres d’absorption de l’étoile étudié
Pour cette étude on utilisera les spectres donnés en extension .data.
1.1. Etude du spectre 1 : spectr 1.data
Ouvrir fichier image: spectr1.data
Obtention de la courbe Flux lumineux fonction de la longueur
d’onde : Φ= f(λ)
Fichier ouvrir spectre 1 puis liste sur le graphe qui apparaît.
On remarque dans ce spectre de raies d’absorption 2 raies très marquées et distantes de
moins de 1 nm (1nm = 10 Ǻ : Ǻngström).
λ1 = 5890,411 Ǻ . λ2 =5896,366 Ǻ
Remarque : En cliquant sur Liste sous le graphe Φ= f(λ) on obtient l’ouverture d’un tableau :
Coordonnées des points de la courbe qui permet de déterminer précisément ces 2 longueurs
d’onde : valeurs de X pour Y minimal, avec X voisin de 5890Ǻ dans un cas et voisin de 5896 Ǻ
dans l’autre cas, X représentant la longueur d’onde λ et Y le flux Φ.
En comparant ces 2 valeurs à celles correspondant au doublet du sodium :
Spectre .t (en jour)
1 0
2 0.974505
3 1.969681
4 2.944838
5 3.970746
6 4.886585
7 5.924292
8 6.963536
9 7.978645
10 8.973648
11 9.997550
12
. λNa1 = 5889,950 Ǻ . λNa2 = 5895,924 Ǻ
Il y a une différence (faible ici) due à l’effet Doppler, l’écart étant de même signe pour les
deux raies.
Par la suite on limitera la coupe à la partie du spectre contenant ces 2 raies.
1.2. Etude des 10 autres spectres : spectr i.data, avec i variant de 2 à 11
On applique la même démarche que pour spectr 1.data
1.3. Tableau de mesures récapitulatif
Remarque : pour certaines valeurs il peut
être utile de réaliser une interpolation
pour avoir une valeur plus exacte.
2. Détermination de la vitesse radiale VE
par effet Doppler-Fizeau En utilisant la
première raie (λ1)
Par effet Doppler-Fizeau on a la relation :
VE/c = Δλ / λ d’où : VE = c .( Δλ / λ )
avec Δλi = λi - λNai avec i = 1 ou 2, λNai étant la longueur d’onde mesuré dans le laboratoire
terrestre et λi étant la longueur d’onde mesurée dans la spectre de l’étoile en mouvement.
(On prendra c=3 e 8 m.s-1).
Spectre Date t (en jour) λ1 - λNa1 (en Ǻ)
VE = c .(λ1 - λNa1)/ λNa1
(en km/s)
1 0 0.461 23.48
2 0.974505 0.546 27.81
3 1.969681 0.541 27.56
4 2.944838 0.355 18.08
5 3.970746 0.064 3.26
6 4.886585 -0.135 -6.88
7 5.924292 -0.308 -15.69
8 6.963536 -0.312 -15.89
9 7.978645 -0.186 -9.47
Spectre Date t (en jour) λ1 (en Ǻ) λ2 (en Ǻ)
1 0 5890,411 5896,366
2 0.974505 5890,496 5896,511
3 1.969681 5890,491 5896,446
4 2.944838 5890,305 5896,274
5 3.970746 5890,014 5896,029
6 4.886585 5889,815 5895,800
7 5.924292 4889,642 5895,597
8 6.963536 5889,638 5895,621
9 7.978645 5889,764 5895,793
10 8.973648 5890,056 5896,042
11 9.997550 5890,318 5896,303
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10 8.973648 0.106 5.40
11 9.997550 0.368 18.74
3. Détermination de la vitesse de rotation de l’étoile : V et de sa période de rotation T
(dans le repère du centre de masse du système (repère barycentrique))
A l’aide d’un tableur, Latis Pro par exemple, on va modéliser la courbe v = VE = f(t).
Au préalable on entre au clavier les variables t ( en jour) et v = VE ( en km/s)
On choisira une modélisation en
cosinus . Ensuite cliquer Calculer,
en remarquant que T = 10,34
jours
On trouve finalement que :
V0 = 5,9 km/s
Vra = 23,2 km/s
Conclusion
On peut détecter actuellement expérimentalement par effet Doppler-Fizeau une exoplanète
géante en prenant en compte des milliers de raies du spectre de l’étoile pour atteindre ce
type d’ordre de grandeur pour la vitesse radiale.
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TP Physique n°8 : Lois de Newton partie 2
vendredi 12 décembre 2014
Introduction : Par l’intermédiaire d’une vidéo, on va déterminer la poussée d’une fusée grâce à la
deuxième loi de Newton .
1- La mission Apollo XV
Saturn V (saturn5-apollo15.avi)
-Trouver l’accélération des premières secondes du décollage de cette fusée.
-En déduire la valeur de la force de poussée qui à été nécessaires. Pour cela appliquer la seconde loi de Newton au système choisi et faire un schéma des forces appliquées.
Données :
Valeurs de g : g(Terre) = 9.81 m/s²
Poussée F(N) = q x Ve ( q : débit des gaz en kg/s ; Ve : vitesse d’éjection des gaz en m/s)
2 − Propulsion par réaction
Situation n°2 : éclatement_G1.48kg_D0.980kg.avi
1. Décrire le mouvement des deux mobiles après « éclatement ». Peut-on le prévoir à l’aide des lois de Newton ? Expliquer.
2. Observer la chronophotographie ci-contre : eclatement_G1.48kg_et_D0.980kg. Que peut-on dire sur la direction et le sens des mouvements des deux mobiles après éclatement ?
3. A l’aide de Latis Pro, calculer la valeur de la quantité de mouvement de chaque mobile avant puis après éclatement et proposer une conclusion.
D’après Wikipédia
Données générales
Mission Mission habitée
exploration lunaire
Date des lancements 1967 à 1973
Nb. de lancements 13 (dont 1 pourSkylab)
Pays d’origine États-Unis
Caractéristiques techniques
Dimensions
Hauteur 110,6 m
Diamètre 10,1 m
Masse au décollage 3 037 t
Nombre d'étages 3 (2 pour Skylab)
Puissance et capacité d’emport
Charge utileen LEO 118 t
Charge utilepour la lune 47 t
Poussée au décollage environ 34 MN soit3 500 t
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TP Physique n°9 : Lois de Kepler de Mercure
vendredi 9 janvier 2015
Programme : Connaître les trois lois de Kepler ; exploiter la troisième dans le cas d’un mouvement circulaire. (non expérimental)
1. Trajectoire de Mercure dans un référentiel héliocentrique:
Tracer au milieu d'une feuille de format A3, une ligne xx' dans le sens de la longueur et placer un point représentant le Soleil à 18 cm du bord droit. Reporter les positions successives de Mercure à l'aide du tableau en annexe. r = SM = distance Soleil Mercure
= angle (Sx,SM) = anomalie vraie de Mercure Échelle conseillée: 30 cm = 1 UA 1 UA = distance moyenne Terre-Soleil = 1,5.1011 m Tracer la trajectoire de Mercure par continuité.
2. lois de Kepler
1°) Première loi de Kepler: Il s'agit de montrer que la trajectoire est une ellipse dont le Soleil occupe l'un des foyers. - placer sur la trajectoire, le point P (périhélie): position de Mercure la plus proche du Soleil. - tracer le segment PS dont le prolongement coupe la trajectoire en A (aphélie):position de Mercure la plus éloignée du Soleil. Placer le point A. - mesurer PA = 2a sur le dessin. Donner sa valeur en UA. - placer O, milieu de PA et S' le symétrique de S par rapport à O. Pour 10 points M de la trajectoire, mesurer SM+S'M. Comparer à 2a. Conclure. Calculer l'excentricité de l'ellipse: e = OS/a 2°) Troisième loi de Kepler: En utilisant le tableau et la trajectoire, évaluer la période de révolution sidérale de Mercure en années terrestres (1 an = 365,25 jours). - calculer T2/a3 pour Mercure puis pour la Terre. Comparer les valeurs et conclure. 3°) Deuxième loi de Kepler: Imaginer une méthode expérimentale pour vérifier cette loi
APP ** VAL *
ANA * COM
REA ** AUT **
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Annexe : positions et vitesses de Mercure indice date angle (°) distance r (ua) vitesse v (km.s-
1) 1 20/07/1995 0 0.3075 58.9 2 25/07/1995 31 0.315 57.8 3 30/07/1995 60 0.336 54.6 4 04/08/1995 85 0.363 50.9 5 09/08/1995 106 0.392 47.3 6 14/08/1995 124 0.418 44.2
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TP Physique n°10 : Pendule
vendredi 17 avril 2015
Objectif : A partir de l’étude du pendule, on va pouvoir balayer
une grande partie du programme de mécanique de la Terminale..
Le pendule est un corps ou système matériel capable
d'osciller autour d'un point fixe.
Programme officiel : Pratiquer une démarche expérimentale pour étudier l’évolution des énergies
cinétique, potentielle et mécanique d’un oscillateur. Pratiquer une démarche expérimentale pour mettre en évidence : - les différents paramètres influençant la période d’un oscillateur mécanique ; - son amortissement.
1. Le pendule simple
1.a. période en fonction de la longueur. Qu'est-ce-que la période ? La période est la durée du phénomène qui se répète au cours d'un phénomène périodique. C'est une grandeur qui se note T et qui peut s'exprimer en seconde, en heure ou en tout autre unité de temps. Exemples: la période de rotation terrestre est de 24 heure, la période d'une battement de coeur est en moyenne d'une seconde.
L (m) T (s) T2 (s
2)
0 0 0
0,34 1,195 1,428
0,3 1,122 1,272
0,435 1,306 1,7
0,215 0,944 0,891
0,13 0,75 0,562
Connaissant la loi donnée
et le coefficient directeur de la droite linéaire T
2=a×l , on en déduit
l’intensité de la pesanteur g.
On identifie donc le coefficient directeur a à la valeur
.
1.b. analyse dimensionnelle.
Retrouvons la dimension de
:
Ainsi, avec l’analyse dimensionnelle, on peut prévoir la forme d’une équation (ici l/g) mais pas le facteur de
proportionnalité (ici 2) qui a une dimension de 1.
APP ** VAL *
ANA * COM
REA ** AUT **
Figure 1 : peinture présente au tribunal de Florence. Le jeune Galilée regarde les pendules oscillant dans son église.
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La période ne dépend donc pas de la masse du pendule pesant. 1.c. isochronisme des oscillations.
On souhaite connaître l’évolution de la période lorsqu’on fait varier l’angle d’oscillation initial jusqu’à 50°.
(°) T (s)
10 0,971
20 0,953
30 0,996
40 1,014
50 1,021
On constate que la valeur de T augmente progressivement. En fait, comme on le constate expérimentalem t T ne dépend pas de l’angle d’écartement initial pour les faibles oscillations. Cet isochronisme est utilisé pour le battement des horloges. La période du pendule est en réalité exprimée par la loi de Borda :
2. Exploitation d’un film sur Latis
Sur Latis Pro, on décompose le mouvement du film Pendule.avi sur le pendule. 2.a. pointage de la position
2.b. calcul de la vitesse
2.c. calcul des énergies
Pour calculer les énergies, il faut déjà calculer les vitesses en x :
et en y :
. Puis, on prend la norme du
vecteur vitesse pour en tirer l’énergie cinétique. On admet que la masse est égale à l’unité car cela ne change rien dans la physique du système.
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On constate bien que l’énergie mécanique est conservée (environ à 0,7 J) : il y a bien oscillation en opposition entre l’énergie cinétique et énergie potentielle.
2.d. amortissement de l’oscillateur
Lorsque la force des frottements n’est pas négligeable même si elle est faible, elle entraîne un
amortissement des oscillations du pendule au bout d’un temps assez long. La force des frottements
est une force non conservative donc les oscillations s’accompagnent d’une dissipation d’énergie,
c’est-à-dire d’une diminution progressive de l’énergie mécanique, par transfert thermique entraînant
l’échauffement du milieu.
L’évolution des énergies cinétique, potentielle et mécanique au cours du temps ont alors les allures
présentées sur la figure ci-dessous.
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TP de Physique n°8
Le festival de CAN
vendredi 22 mai 2015
Introduction : On appelle Convertisseur Analogique Numérique (CAN) un dispositif qui
transforme des valeurs analogiques de tension en signaux logiques (mots binaires de 4, 8, 12
bits ...). Vous allez suivre le déroulement de la séquence concernant le CAN grâce au logiciel
Labo MPI : labo MPI<conversion<CAN.
I. Page 1
Reproduire le schéma qui résume ce qu’est un convertisseur analogique – numérique. (ici un CAN 8 bits=1 octet)
Rque : Le quantum q d’un convertisseur est le pas en tension définie comme étant Uref/2
n avec n étant le nombre de bits. Calculer le quantum q pour un CAN 4 bits où la tension de référence est 5,34 V.
II. Page 2 : Dans un CAN, on ne compare pas 2 masses mais 2 tensions.
III. Page 3
On rappelle ensemble les résultats obtenus pour le CNA 4 bits :
décimal A3 A2 A1 A0 U simulation ( V )
0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 1 0,3125
2 0 0 1 0 0,3125×2
3 0 0 1 1
4 0 1 0 0
5 0 1 0 1
6 0 1 1 0
7 0 1 1 1
8 1 0 0 0
9 1 0 0 1
21
10 1 0 1 0
11 1 0 1 1
12 1 1 0 0
13 1 1 0 1
14 1 1 1 0
15 1 1 1 1
Comment détermine-t-on le nombre de valeurs possibles ? On a montré que la tension de sortie du CNA est US = k.N, que vaut k ici ?
Grâce au CNA 4 bits vu précédemment, on peut convertir un nombre binaire à 4 bits en une tension (celle de sortie du CNA). On compare cette tension à une tension fixe de référence, celle que l’on veut convertir à l’aide du CAN en nombre binaire.
IV. Page 4
La tension stockée dans la mémoire est la tension Ue à convertir en un nombre binaire. On va la comparer à la tension de sortie d’un CNA 4 bits.(montage comparateur)
V. Page 5
Ex : La tension à convertir est 3,8 V. Pour le CNA, on rentre comme nombre binaire 1000, la tension de sortie est 2,67 V. Le comparateur compare alors 3,8 V et 2,67 V. 2,67<3,8 donc l’état binaire correspondant est 1.
Si US<Ue alors l’état binaire est 1 sinon il est « mis » à 0.
On travaille ainsi en partant du bit le plus fort (celui correspondant à la puissance la plus élevée) jusqu’au dernier, et on obtient au final, le nombre binaire correspondant à la tension à convertir. Ici 3,8 V correspondant au nombre binaire 1011.
VI. Page 6
Ex : donner le nombre binaire correspondant à une tension de 2,51 V. Et celui correspondant à 2,22 V et 4,52 V.
VII. Page 7
Répondre aux questions. Résumer le fonctionnement du montage comparateur. Dessiner la fonction de transfert US = f(Ue+ - Ue-).
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TP de Physique n°9 Stockage optique dans un CD-ROM
vendredi 19 avril 2013
Introduction : Il s'agit d'accéder à l'écartement entre les alvéoles de l'espace de stockage d'un CD par le phénomène de diffraction.
Pour mieux observer par simulation l’influence de la largeur des fentes et l’écart entre celles-ci, vous pourrez consulter le site suivant sur l’université du Mans :
http://ressources.univ-lemans.fr/AccesLibre/UM/Pedago/physique/02/mnoptiondu.html
1. Pré requis et données
Phénomène de diffraction des ondes mécaniques Mise en évidence qualitative du phénomène de diffraction avec les ondes lumineuses
Document 1 : à propos du CD
Le Compact Disc a été inventé par Sony et Philips en 1981 afin de constituer un support audio compact de haute qualité permettant un accès direct aux pistes numériques. Il a été officiellement lancé en octobre 1982.
LE CODAGE ET LA LECTURE DES INFORMATIONS
La piste physique est en fait constituée d'alvéoles d'une profondeur de 0,168 µm, d'une largeur de 0,67 µm et de longueur variable. Les pistes physiques sont écartées entre elles d'une distance d'environ 1,6 µm. On nomme creux (en anglais pit) le fond de l'alvéole et on nomme plat (en anglais land) les espaces entre les alvéoles.
La profondeur de l'alvéole correspond donc à un quart de la longueur d'onde du faisceau laser, si bien que l'onde se réfléchissant dans le creux parcourt une moitié de longueur d'onde de plus (un quart à l'aller plus un quart au retour) que celle se réfléchissant sur le plat.
De cette façon, lorsque le laser passe au niveau d'une alvéole, l'onde et sa réflexion sont déphasées d'une demi-longueur d'onde et s'annulent (interférences destructrices), tout se
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passe alors comme si aucune lumière n'était réfléchie. Le passage d'un creux à un plat provoque une chute de signal, représentant un bit.
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DOCUMENT 2 : VERS LE DVD
Le DVD (Digital Versatile Disc, plus rarement Digital Video Disc) est une «alternative» au disque compact (CD) dont la capacité est six fois plus importante (pour le support DVD de moindre capacité, simple face, simple couche). Le format DVD a été prévu afin de fournir un support de stockage universel alors que le CD était originalement prévu en tant que support audio uniquement.
Toutefois, les CD utilisent un laser infrarouge possédant une longueur d'onde de 780 nanomètres (nm) tandis que les graveurs de DVD utilisent un laser rouge avec une longueur d'onde de 635 nm ou 650 nm. Ainsi, les DVD possèdent des alvéoles dont la taille minimum est de 0,40 µm avec un espacement de 0,74 µm, contre 0,834 µm et 1,6 µm pour le CD.
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2. Protocole expérimental
Le faisceau incident traverse un écran d’ouverture assez large pour ne pas provoquer de diffraction (face A).
Les sillons du CD ou DVD provoquent une figure d’interférences qui se réfléchit sur la face B de l’écran central. La même manipulation est réalisable avec des supports transparents.
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3. Interprétation
L’angle d’ouverture (diffraction) est inversement proportionnel à la largeur de l’intervalle entre 2 fentes du réseau.
La grandeur caractéristique liée au stockage des information sur un CD ou un DVD est le pas a donné par la relation :
avec=650 nm
CD
Largeur L mesurée écran (exp)
Entre les deux 1ères tâches brillantes
x = 18,5 cm et d=19,1 cm
(écran à 10 cm)
Largeur sillon (calcul à 2 chiffres significatifs)
1,49 µm
Informations techniques (données) 1,6 µm
Ecart relatif
6,9 %
Fort acceptable
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