P_3_dv_synthese_optique

Devoir de synthèse sur chapitre Optique
12 Mai 2010
Exercice n°1
Un tissu de polyamide est teint avec un colorant de couleur cyan.
1) Tracer l’allure de la courbe d’absorption (à compléter en annexe n°1 à rendre) du tissu
cyan en fonction de la longueur d’onde du domaine de la lumière visible : Expliquer votre
démarche.
2) On éclaire le tissu avec une source monochromatique de longueur d’onde  = 420 nm.
a) à quel « tiers » de couleur du domaine de la lumière visible appartient cette
radiation ?
b) De quelle couleur verra-t-on le tissu ?
c) Citer une source de lumière monochromatique.
d) Calculer la fréquence de la radiation de longueur d’onde  = 420 nm dans l’air.
On donne la célérité de la lumière dans l’air : c = 3.108 m.s1 .
3) On souhaite réaliser un sac avec ce tissu. Le mode d’assemblage des coutures se fait par
soudure par ultrasons : La matière fond grâce à l’énergie ultrasonore de la machine à
ultrasons.
a) Citer le domaine en fréquence des ultrasons.
b) Pourquoi deux tissus de polyamide peuvent se souder ensemble par ultrasons ?
c) Est-ce que deux tissus de laine peuvent se souder par ultrasons ? Justifier.
d) Citer une autre application des ultrasons autre que la soudure.
4) On souhaite connaître l’armure du tissu de polyamide (c’est-à-dire le mode de tissage des
fils entre-eux).
a) Quel est le nom du système optique que vous allez utiliser ?
b) Quel est son principe de fonctionnement ou son rôle ?
c) Compléter le schéma annexe n°2 à rendre avec la copie : vous tracerez au minimum
deux rayons afin de déterminer l’image A’B’ de l’objet AB (portion du tissu de
polyamide).
Exercice n°2
Un émetteur radio, à modulation de fréquence, émet avec une longueur d’onde de 4 m. Le
rayonnement émis avec une puissance de 1 kW uniformément dans toutes les directions de l’espace,
est reçu par une antenne qui recueille les ondes sur une surface de 0,75 m2 perpendiculairement à la
direction de propagation des ondes, et placée à 50 km de l’émetteur.
a) Calculer l’énergie d’un photon de rayonnement.
b) Quel est le nombre de photons émis par seconde ?
c) Quel est le nombre de photons reçus par seconde par l’antenne réceptrice ?
Bernaud J.
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12 Mai 2010
Exercice n°3
Une salle rectangulaire de dimensions a sol de 8 m x 9 m doit présenter un éclairement moyen
de 550 lux.
1°) Sachant qu’à l’aide de réflecteurs placés autour des sources de lumière, la surface
éclairée récupère 90 % du flux émis, calculer le flux total nécessaire à l’éclairement au sol de
cette salle.
2°) On dispose de deux types de lampes :
 Lampes standards : 100 W / 1500 lumens
 Tubes fluorescents : 65 W / 3200 lumens
2.1) Quelle est l’efficacité lumineuse des deux types de lampes ?
2.2) Quel est le nombre de lampes nécessaire ?
Quel est le nombre de tubes nécessaires ?
2.3) Quelle est la solution la plus économique pour l’usager du point de vue de
la consommation en énergie électrique facturée ?
Exercice n°4
A) Un laser émet un faisceau monochromatique de fréquence 5. 1014 Hz. Calculer la
longueur d’onde dans le vide de la radiation émise.
B) Ce faisceau se propageant dans l’air pénètre dans une fibre optique sous une incidence
i1 = 20 °. (voir schéma de la fibre optique)
Cette fibre optique est constituée d’un cœur et d’une gaine de matériaux différents et
d’indices différents.
1) L’indice du cœur de la fibre est nc = 1,48. calculer l’angle de réfraction i2 après
passage du faisceau de l’air dans le cœur.
2) Sous quel angle d’incidence le faisceau arrive-t-il ensuite au point M sur la
surface de séparation entre le cœur et la gaine ? (voir schéma)
3) L’indice de la gaine est ng = 1,46. Obtient-on un faisceau réfracté dans la
gaine ? Justifier votre réponse et préciser de quel phénomène il s’agit.
Données : Prendre pour la célérité de la lumière dans le vide : c =3,00 . 108 m.s-1.
On admet que l’indice de l’air est égal à 1,00.
M
air
gaine
coeur
i2
i1
Schéma de la fibre optique
On rappelle la loi de Descartes : n sin i = n’ sin i’
Bernaud J.
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12 Mai 2010
Annexe n°1 : courbe d’absorption du tissu cyan : (allure de la courbe et compléter l’axe des
abscisses)
 (unité ? )
valeurs ?
Annexe n°2 : compléter le schéma (2 rayons au minimum et l’image A’B’)
lumière
B
Fo
Bernaud J.
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A
O
Fi