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Les rayons laser sont utilisés dans plusieurs domaines grâce à leurs propriétés

Les rayons laser sont utilisés dans plusieurs domaines grâce à leurs propriétés optiques et énergétiques , parmi ces utilisations la détermination des dimensions très petites de quelques corps . Pour mesurer le diamètre d’un fil très fin , on réalise les deux expériences suivantes . 1)Première expérience : On éclaire une plaque (P) contenant une fente rectiligne de largeur a1 avec une lumière monochromatique de longueur d’onde λ provenant d’une source laser , et on met un écran E à la distance D = 1,60 m de la fente (figure 1) , et on observe sur l’écran un ensemble de taches lumineuses , de sorte que la largeur de la tache centrales est L1 = 4,8 cm . fig 2 fig 1 1-1- Recopier la figure 1 et compléter la marche des rayons lumineux provenant de la fente , et donner le nom du phénomène mis en évidence par la figure 2 sur l’écran E . (0,5 pt) 1-2- Citer la condition que doit satisfaire la largeur a de la fente pour que ce phénomène ait lieu . (0,25 pt) 1-3- Écrire l’expression de l’écart angulaire θ entre le milieu de la tache centrales et ‘une de ses extrémités en fonction de L1 et D . (0,25 pt) 1-4- La figure 3 représente les variations de θ en fonction de 1/a . 1-4-1- Comment varie la largeur de la tâche centrale avec la variation de a ? (0,5 pt) 1-4-2- Déterminer graphiquement λ et calculer a1. (1 pt) fig 3 2)Deuxième expérience : On enlève une plaque (P) et on met à sa place exacte un fil très fin de diamètre fixé sur un support , et on obtient sur l’écran une figure identique à celle de la figure 2 avec la largeur L2 = 2,5 cm , déterminer d . (0,5 pt) Les vents créent dans les hautes mers des vagues qui se propagent vers les cotes . Cet exercices a pour objectif l’étude le mouvement de ces vagues . On considère que les vagues qui se propagent à la surface de la mer sont des ondes sinusoïdales de période T = 7 s . 1- L’onde étudiée est-elle transversale ou longitudinale ? justifier votre réponse . (0,5 pt) 2- Calculer la célérité de cette onde sachant que la distance entre deux crêtes successives est d = 70 m . (0,5 pt) 3- La figure 1 représente la coupe longitudinale de l’aspect de la surface de la mer à un instant t . fig 1 On néglige la dispersion , et considère S source de l’onde et M le front d’onde distant de S de la distance SM . 3-1- Écrire en se basant sue la figure 1 , l’expression du retard du point M par rapport à la source S en fonction de la longueur d’onde λ . Calculer la valeur τ . (0,5 pt) 3-2- Donner en justifiant le sens du mouvement de M au moment où l’onde l’atteint . (0,5 pt) Les ondes arrivent sur une ouvertures de largeur a = 60 m se trouvant entre quai 1 quai 2 fig 2 deux quais d’un port (figure 2) . Recopier la figure 2 , et représenter après leur passage à travers l’ouverture ; et donner le nom du phénomène observé . (1 pt) Les fibres optiques son utilisée dans plusieurs domaines dont la transmission des informations et les signaux numériques à haut débit . Les fibres optiques sont légères ( comparativement à d’autres conducteurs électriques ) élastiques et conservent la qualité des signaux pour de longues distances . Le coeur de la fibre optique est constitué d’un milieu transparent comme le verre mais plus pur . Cet exercice a pour objectif , la détermination de la célérité d’une onde lumineuse dans la fibre optique et la détermination de son indice de réfraction . Pour déterminer la célérité d’une onde lumineuse dans une fibre optique de longueur L = 200 m , on a réalisé le montage représenté sur la figure 1 . Les capteurs R1 et R2 montés aux deux extrémités de la fibre optique transforment les ondes lumineuses en ondes électriques qu’on visualise sur l’écran d’un oscilloscope . (figure 2) fig 1 entrée 1 entrée 2 fibre optique On donne : La sensibilité horizontale 0,2 μs/div . La célérité de la lumière dans le vide : c = 3.108 m.s-1 . On lit sur l’étiquette de la source laser : longueur d’onde dans le vide λo = 600 nm . 1- En exploitant la figure 2 : 1-1- Déterminer le retard temporel enregistré entre R1 et R2 . (0,5 pt) 1-2- Calculer la célérité de l’onde lumineuse au coeur de la fibre optique . (0,5 pt) 1-3- En déduire l’indice de réfraction du milieu qui constitue le coeur de la fig 2 fibre optique . (0,5 pt) 1-4- Calculer la longueur d’onde au coeur de la fibre optique . (0,5 pt) 2- La fibre optique est un milieu transparent dont l’indice de réfraction varie avec la longueur d’onde selon la relation suivante : n = 1,484 + 5,6.10-15 λ2 dans le SI des unités On remplace la source laser avec une autre source de longueur d’onde dans le vide λ’ = 400 nm , sans rien changer dans le montage expérimental précédent , déterminer le nouveau retard temporel τ’ enregistré sur l’écran de l’oscilloscope . (1 pt) La prospection par échographie qui utilise les ondes ultra sonores est l’une des méthodes utilisées pour déterminer l’épaisseur des couches souterraines . L’exercice a pour but de déterminer la célérité des ondes ultra sonores dans l’air et l’épaisseur d’une couche souterraine de pétrole . 1- Détermination de la célérité des ondes ultra sonores dans l’air : On met sur une même ligne droite un émetteur d’ondes sonores E et deux récepteurs R1 et R2 séparés par la distance d = 0,5 m . On visualise sur un oscilloscope à travers les entrée Y1 et Y2 les deux signaux reçus par R1 et R2 et on obtient l’oscillogramme représenté sur la figure 2 . A représente le début du signal reçu par R1 et B le début du signal reçu par R2 . fig 1 fig 2 1-1- En se basant sur la figure 2 , déterminer le retard temporel τ entre les signaux reçu par R1 et R2 . (0,5 pt) 1-2- Déterminer Vair la célérité des ondes ultra sonores dans l’air . (0,5 pt) 1-3- Écrire l’expression de l’élongation y du point B à l’instant t en fonction de l’élongation du point A . (0,5 pt) 2- Détermination de l’épaisseur d’une couche souterraine de pétrole : Pour déterminer l’épaisseur L d’une couche souterraine de pétrole , fig 3 fond de la couche de pétrole surface libre de la couche de pétrole sonde un des ingénieur a utilisé une sonde de prospection par échographie . La sonde émet à l’instant to = 0 un signal ultra sonore de courte durée dans la direction perpendiculaire à la surface libre de la couche de pétrole . Une partie de ce signal est réfléchie par la surface libre , tandis que la deuxième partie se propage dans la couche pour subir une deuxième réflexion sur le fond de la couche et revenir vers la sonde en se transformant en un signal de courte durée aussi .(fig 3) La sonde détecte a l’instant t1 la raie P1 qui correspond à l’onde réfléchie sur la surface de la couche de pétrole , et a l’instant t2 la raie P2 qui correspond à l’onde réfléchie sur le fond de la couche de pétrole . La figure 4 représente le diagramme des deux raies correspondant fig 4 amplitude des raies aux deux ondes réfléchies . Déterminer l’épaisseur L de la couche de pétrole sachent que la célérité des ondes ultra sonore dans le pétrole brute est v = 1,3 km.s-1. (1 pt) Les rayons laser sont utilisés dans plusieurs domaines comme l’industrie métallurgique , l’ophtalmologie et la chirurgie ....ils sont utilisés aussi pour déterminer les dimensions très petites de quelques corps . Cet exercice a pour objectif la détermination de la longueur d’onde d’une onde électromagnétique et le diamètre d’un fil métallique très fin en se basant sur le phénomène de diffraction . On envoie à l’aide d’une source laser un faisceau lumineux monochromatique de longueur d’onde λ sur une plaque contenant une fente de largeur a = 0,06 mm , et on observe le phénomène de diffraction sur un écran vertical situé à la distance D = 1,5 m de la plaque . La mesure de la largeur de la tache central donne la valeur L1 = 3,5 cm . écran plaque source laser 1- Citer la condition que doit satisfaire la largeur a de la fente pour que le phénomène de diffraction ait lieu . 2- Quelle est la nature de la lumière mise en évidence par cette expérience ? 3- Déterminer l’expression de λ en fonction de L1 , D et a, et calculer λ . ( on considère tanθ ≈ θ uploads/Geographie/ examens-bac-ondes.pdf