7/30/2019 TP1_ondes_particules

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Observer:

ondes et matièreTP 1 : ondes et particules / le sismomètre

Matériel:

- système oscillateur: modélisation d’un sismomètre- carte d'acquisition + Latis Pro- accès internet pour les animations effet de serre et

sismomètre.- le livre !!!!!

Remarques : 4 groupes de TP commencent par le I-2

étude expérimentale. A partir de la question Q5 ilspeuvent laisser la place aux autres groupes , qui euxeffectueront pendant ce temps le II-activités.

I) le sismomètre1) principe d’un sismomètre

Cliquer sur l’animation suivante le sismomètre (CEA)

et résumer en 5 lignes le principe de fonctionnementd’un sismomètre.Réponse : - Pour détecter les séismes on utilise unsismomètre. Lorsque le sol bouge le bâti se déplacealors que la masse du fait de son inertie resteimmobile. L'aimant solidaire du bâti se déplace parrapport à la bobine se qui créé un courant électriqueamplifié, traité par le boitier de numérisation. Lesignal est envoyé vers un satellite de surveillance parl'intermédiaire d'une antenne.

2) étude expérimentale

On va modéliser un sismomètre, pour cela on réalisel'expérience suivante: deux aimants droits A et Bsont suspendus à un ressort. L’aimant A est

positionné à 75 cm de l’axe de la potence, l’aimant

B à 45 cm de l’axe de la potence. Ils peuvent sedéplacer à l'intérieur d'une bobine électriquecomportant 1000 spires. La bobine A est reliée à lavoie EA1 de l'oscilloscope, la bobine B est reliée à la

voie EAO.

Q1 Schématiser le dispositif.

Q2 Faire osciller l’aimant A (lorsque le système estau repos l’extrémité basse de l’aimant doit se trouver

au centre de la bobine) . La perturbation se transmet-elle à l’aimant B ? Si oui imaginer un protocolepermettant de mesurer le retard à la perturbation.

2) traitement du signal électrique à l'aide de LatisPro

Pour simuler un séisme et mesurer le retard à laperturbation on utilisera le logiciel d'acquisitionnumérique LAtis Pro.Branchement

Brancher les 2 bornes extrêmes de la bobine A

(borne noire et bleue généralement) sur la voie EA1et la bobine B sur la voie EA0 de la carte d’acquisitionSysam SP5Paramétrage de l’acquisition

1. ouvrir le logiciel Latis Pro2. Cliquer sur échap puis sur le bouton EAO puis sur lebouton EA1, la valeur EAO (V) et EA1 s’affiche enordonnée sur la fenêtre 1. L’abscisse correspond au

temps.3. les tensionsvisualisées étant defaible amplitude réglerle calibre des voies EAOet EA1 sur +/- 0,2 V(voir photo ci contre) :cliquer droit sur EA0puis sélectionner - 0,2/+

0,2 (idem pour EA1).4. Cliquer sur le titre de l’axe des ordonnées EAO,choisir propriétés clique sur style puis choisir trait(idem EA1).5. La durée totale d’acquisition notée totale dans laboite acquisition est égale au produit du nombre depoints acquis par la durée d’une acquisition (Te).

Totale = points.Te

Régler 200 points de mesure et une durée totale de10 s.Q3) Que vaut la durée Te d’une acquisition (inscritedans la boite acquisition)? Vérifier cette valeur àl’aide de la formule précédente.

L’acquisition se déclenche dès que la tension envoyéesur la voie EA1 est supérieure à 10 mV régler lesparamètres suivants :

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Cela signifie que dès que la tension sur la voie EA1sera supérieure à 10 mV, l’ordinateur déclencheral’acquisition.

6. Faire osciller le ressort (avec une amplitude ni tropgrande ni trop petite : Attention taper sur

l’extrémité supérieure de l’aimant A, et tenir

fermement la potence pour amortir les vibrations

parasites.

7. Lancer l’acquisition en appuyant sur la touche F10du clavier (ou à l’aide du menu exécuter, acquisition

des entrées). Modifier éventuellement l’échelle desaxes en cliquant dans la fenêtre 1 sur la courbe avecle bouton droit de la souris puis en choisissantcalibrage. Si la courbe n’est pas satisfaisanterecommencer l’opération. Vous pouvez également

modifier les échelles en faisant un cliquer déplacer

directement sur les graduations de l’axe.Q4) Qu'est-ce que produit le déplacement del'aimant aux bornes de la bobine? A quoi correspond

l’aimant B et la bobine par rapport au sismomètreétudié au II-1 ?Réponse : Le déplacement d’un aimant au voisinaged’une bobine produit une tension induite.  l’aimant B

correspond  à l’aimant mobile posé sur le batit, labobine est reliée à la masse qui ne se déplace pas dufait de son inertie.

De manière à ce que tous les groupes de TP aient les mêmes valeurs ouvrir le fichier  sismomètre . On effectuera les mesures à partir de la courbe pré enregistrée.  Q5) La perturbation créé sur l’aimant Acorrespondant au foyer du séisme. Commentdéterminer avec le plus de précision possiblel’intervalle de temps, appelé retard à la perturbation,séparant le ‘début du séisme’ et l’arrivée de laperturbation sur l’aimant B ? Calculer du retard à la

perturbation à l’aide du réticule (positionner la sourissur la courbe, cliquer le bouton droit et choisir

réticule)

Réponse : évaluer l’écart entre les 2 premiers

maximum des tensions EA1 et EA2 : ms105,12

 x≈τ  

On considère qu’un phénomène qui ne se répète pasidentique à lui-même, car son amplitude varie, est

appelé phénomène pseudo périodique. On parle alorsde pseudo-période T’ et non de période T.Q5) Les tensions acquises sur la voie EA1 et EA2sont-elles pseudopériodiques ou périodiques ?Comment les mesurer avec le maximum de précision ?Mesurer leur période ou pseudo-période à l’aide duréticule. On les notera T 1 et T 0. Astuce : positionner le curseur sur le premiermaximum et cliquer 2 fois sur le bouton gauche de lasouris : l’origine des temps correspondra au premiermaximum.

Réponse : prendre plusieurs pseudo-périodes pourplus de précision.T 1 = 0,51 s ; T o = 0,48 s

Q6) Rappel : l’amplitude Um d’une tension est donnée

par la formule : :2

minmax U U U 

m

−

=

L’amplitude des tensions EA1 etEA0 sont-ellesconstantes ? Calculer les amplitudes des tensions EA1et EA2, notées Um1 et Um2 correspondant à lapremière oscillation.

Astuce : positionner le curseur sur Umin et cliquer 2fois sur le bouton gauche de la souris : Umin sera prisalors comme référence des tensions ce qui estpratique pour afficher directement Umax-Umin sur lacourbe.Réponse :Um1 = 84/2 = 42 mV ; Um2 = 20/2 = 10 mV.

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II) activités1) Activité 1 p20 répondre aux questions suivantes

3, 4,5,6.

Les questions 1 et 2 peuvent être demandé en devoirmaison.

Activité 2 p 22-23 répondre aux questions 1,2,3,42) absorption des rayonnements dans l'atmosphère

terrestre

Cliquer sur l’animation suivante

Animation: l'effet de serre

Q1) A l’aide de l’unité fournie dans l’animation donnerla formule de la puissance thermique surfacique enfonction de la puissance thermique P et de la surfaceS.Q2) Donner le nom et la valeur des différentes

puissances surfaciques fournies à l’atmosphèreterrestre.Q3) A quoi correspond l’effet de serre (rechercheinternet) ?

Programme officiel

Observer ; Ondes et matièreLes ondes et les particules sont supportsd’informations.Comment les détecte-t-on ? Quelles sont lescaractéristiques et les propriétés des ondes ?

Comment réaliser et exploiter des spectres pouridentifier des atomes et des molécules ?

Ondes et particulesNotions et contenus

Compétences exigibles

Rayonnements dansl’UniversAbsorption de

rayonnements parl’atmosphèreterrestre.

Extraire et exploiter desinformations sur l’absorptionde rayonnements par

l’atmosphère terrestre et sesconséquences surl’observation des sources derayonnements dans l’Univers.Connaître des sources derayonnement radio,infrarouge et ultraviolet.

Les ondes dans lamatièreHoule, ondessismiques, ondessonores.Magnitude d’unséisme sur l’échellede Richter.Niveau d’intensitésonore. (vu auchapitre suivant)

Extraire et exploiter desinformations sur lesmanifestations des ondesmécaniques dans la matière.

Connaître et exploiter larelation liant le niveaud’intensité sonore à l’intensitésonore. (vu au chapitresuivant).

Détecteurs d’ondes(mécaniques etélectromagnétiques)

et de particules(photons, particulesélémentaires ou non).

Extraire et exploiter desinformations sur :- des sources d’ondes et de

particules et leurs utilisations;- un dispositif de détection.Pratiquer une démarcheexpérimentale mettant en

œuvre un capteur ou undispositif de détection.