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DS n° 1 - Physique-Chimie- TS2

Compétences testés : Extraire et exploiter des informations- Effectuer un raisonnement scientifique-Communiquer à l’écrit Exercice1 : rayonnements, particules et éruption solaire

Doc1-

Doc2-

En exploitant les deux documents et en citant les documents utilisés :

1. Indiquer quelles sont les particules émises lors d’une éruption solaire ? 2. A quelle vitesse se propagent les rayons X ? les UV ? les protons solaires ? Justifier. 3. Indiquer si les effets des rayons X sont ressentis sur Terre ou en haute atmosphère. Justifier.

Même question pour les UV, et les particules chargées. 4. En déduire le positionnement des capteurs permettant d’étudier les rayons X et les UV.

Exercice n°2: Physique- Le télephone « pot de yaourt »

A l'ère du téléphone portable, il est encore possible de communiquer avec un système bien plus archaïque…

L'onde sonore produite par le premier interlocuteur fait vibrer le fond du pot de yaourt, le mouvement de va et vient de celui-ci, imperceptible à l'œil, crée une perturbation qui se propage le long du fil. Cette perturbation fait vibrer le fond du second pot de yaourt et l'énergie véhiculée par le fil peut être ainsi restituée sous la forme d'une onde sonore perceptible par un second protagoniste. Données: célérité du son dans l'air à 25°C vair = 340 m.s–1

A-A propos des ondes : 1. Identifier la chaîne des différents milieux de propagation des ondes mécaniques au

sein du dispositif: de la bouche de la personne qui parle, à l'oreille de la personne qui écoute (figure1).

Ce fil légèrement élastique peut être modélisé par un ressort à spires non jointives. Les schémas suivants illustrent les conséquences de deux modes de déformation d'un ressort: l'écartement d'une extrémité du ressort selon une direction perpendiculaire à l'axe de celui-ci produit une onde de cisaillement (figure 2), alors qu'une déformation selon l'axe du ressort produit une onde de compression (figure 3 à la page 2)

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2. Attribuer, à chacune des situations représentées sur les figures 2 et 3, les termes d'onde longitudinale et d'onde transversale. Justifier votre réponse. Seul le second mode de déformation (figure 3) correspond au phénomène observé sur le fil du dispositif étudié par la suite.

B –Célérité de l’onde se propageant sur le fil : A 25°C, on réalise le montage suivant (figure 4), afin de mesurer la célérité des ondes sur le fil du dispositif. Deux capteurs, reliés en deux points A et B distants de D = 20 m sur le fil,du pot de yaourt émetteur E. Les capteurs enregistrent l'évolution de cette perturbation au cours du temps.

1. A partir de l'enregistrement (figure 5), déterminer avec quel retard , par rapport au point A, le point B est atteint par le signal.

2. Donner l'expression de la célérité v de l'onde sur ce fil en fonction de D et . Calculer sa valeur. Comparer cette valeur à celle de la célérité du son dans l'air à 25°C.

Une autre méthode, permettant de déterminer la célérité v de l'onde se propageant dans le fil, consiste à placer, devant le pot de yaourt émetteur, un haut parleur (figure 6) qui émet des ondes sonores sinusoïdales de fréquence fE. Les ondes sinusoïdales qui se propagent dans le fil ont la même fréquence.

Oh!

Figure 4

Vers système d'acquisition

Voie 1

Vers système d'acquisition

Voie 2

oie 2

D

A B

B

E R

Figure

5

Sensibilité verticale 1 mV / div Sensibilité horizontale 5 ms / div

Sensibilité horizontale 5

ms / div

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Lorsque la distance D est égale à 20,0 m, on obtient l'enregistrement de la figure 7.

3. Comment peut-on expliquer que le signal au point B (voie 2) soit plus faible que le signal au point A (voie 1) ?

4. A partir de l'enregistrement de la figure 7, déterminer la fréquence de l'onde qui se propage dans le fil.

5. Lorsque l'on éloigne le point B, du point A, on constate que les signaux se retrouvent dans la même configuration pour les valeurs de la distance:

D = 25,0 m, D = 30,0 m, D = 35,0 m …

En déduire la valeur de la longueur d'onde associée à l'onde qui se propage dans le fil, puis la célérité v de cette onde.

L'antenne d'un téléphone portable, émet ou reçoit des ondes électromagnétiques qui ont les mêmes propriétés que la lumière.

6. Quelle différence fondamentale existe-t-il concernant la propagation des ondes du téléphone "pot de yaourt" et celles d'un téléphone portable ?

C-Intensité sonore : Pour connaître l’intensité sonore du son recueilli au niveau du deuxième pot de yaourt, on remplace l’oreille du second protagoniste par un sonomètre. Celui-ci indique 34 dB.

1. Quelle est la grandeur mesurée par le sonomètre ? 2. Donner la relation liant le niveau d’intensité sonore à l’intensité sonore. 3. En déduire l’intensité sonore du son recueilli au niveau du second pot de yaourt.

Donnée : Seuil d’audibilité à 1 kHz : I0 =1,0*10-12 W.m-2

Figure 7

Sensibilité verticale 1 mV / div pour les deux voies

Sensibilité horizontale 1 ms / div

D

Figure 6

Vers système d'acquisition Voie 1

Vers système d'acquisition Voie 2

A B E R

Vers G.B.F.

Signal sinusoïdal

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Exercice 3 : Un pointeur optique à laser a la forme et la taille d'un gros stylo. Le faisceau lumineux qui en sort, lorsqu'il est dirigé en direction d'un tableau, donne un point d'impact rouge très lumineux et de petites dimensions.

On veut retrouver expérimentalement l'ordre de grandeur de la longueur d'onde 0 de la lumière émise

par le pointeur optique à laser (longueur d'onde indiquée par la fiche technique: 0 comprise entre 660 et 680 nm). On utilise le montage suivant: une fente verticale, de largeur a très petite, est placée sur le trajet du faisceau lumineux produit par le laser et un écran est placé à une distance D de la fente.

1. Faire le schéma du montage. 2. Compléter la phrase suivante:

"Le phénomène qui se manifeste s'appelle …………………………………….; son importance est liée au rapport de la largeur a de la fente à ……………………………………".

3. On propose quatre expressions pour la largeur L de la tache centrale:

(a) L = 2D

a (b) L = 2aD

(c) L =

2D²

a (d) L =

2aD

Et on réalise trois expériences:

Expériences Source de longueur d'onde

Distance D Largeur a Largeur de la tâche centrale L

N°1 1= 543 nm D a L1 =3,20 cm

N°2 Pointeur 0 D a L0 =4,00 cm

N°3 1= 543 nm D a3 <a L3 > L1

a) En utilisant les unités, montrer qu'une de ces expressions est manifestement fausse. b) A partir des expériences, déterminer les autres expressions que l'on doit éliminer (on

précisera à chaque fois les expériences prises en compte). En déduire l'expression de la largeur L de la tache centrale.

c) Etablir le lien mathématique entre L1, 1,L0 et 0. Justifier.

d) Calculer la valeur de 0. e) Ce résultat est-il en accord avec la notice technique du pointeur optique à laser?