Sciences Physiques – Devoir n 3 – 1 h – TS1 Lundi 28 janvier 2013

Sciences Physiques – Devoir n°3 – 1 h – TS1
Lundi 28 janvier 2013
Calculatrice autorisée.
Exercice n°1 : (les différentes parties sont indépendantes)
Partie 1 : Observations des taches d’Airy
1. Quelles sont les similitudes et les différences entre les deux figures A et B ci-dessous ?
Similitude : une tache lumineuse centrale circulaire, puis alternance de cercles concentriques sombres et
brillants.
Différence : dans la figure A, les différentes taches sont constituées d’une succession de franges sombres et
brillantes.
2. Associer à chaque figure le nom d’un phénomène optique. Figure A : interférence ; figure B : diffraction
Partie 2 :
On réalise une expérience d’interférence en éclairant deux fentes d’Young par une diode laser de longueur d’onde 
= 650 nm. La diode laser est placée sur l’axe de symétrie du système. Les franges d’interférences sont observées sur
un écran parallèle au plan des fentes.
1. Au point A, la différence de marche  = d2 – d1 est telle que  = 2,60 µm.
Le point A est-il au centre d’une frange sombre ou d’une frange brillante ? Justifier.
2. On s’éloigne du centre de l’écran jusqu’au point B où  = 3,90 µm.
2.1. Le point B est-il au centre d’une frange sombre ou d’une frange brillante ? Justifier.
2.2. Combien de franges brillantes a-t-on rencontré entre A et B ?
Partie 3 :
On réalise une expérience d’interférence en lumière
monochromatique avec deux sources secondaires S1 et
S2 éclairées par une source placée derrière une fente S
très fine.
La fente S est sur l’axe de symétrie des sources
secondaires S1 et S2.
S1 et S2 émettent en phase car elles sont situées à la
même distance de la fente source.
Données :
 = 650 nm ; D = 2,0 m ; a1-2 = 0,20 mm
1. Les interférences sont-elles constructives ou destructives au point O ?
2. Calculer l’interfrange.
3. Le point M, d’abscisse x = 13 mm, est-il au centre d’une frange brillante ou d’une frange sombre ?
x =2xi
Exercice n°2 :
1. Lorsqu’un émetteur d’onde de fréquence fe (de longueur d’onde e) et de célérité v s’éloigne d’un récepteur à la
vitesse constante u, la fréquence apparente mesurée fr (de longueur d’onde r) au niveau du récepteur est telle
que
=
.
1.1. Comment appelle-t-on cet effet ? Effet Doppler
1.2. En rappelant la relation entre célérité, fréquence et longueur d’onde, établir la relation entre r et e.
2. Marjorie, professeur, circule dans sa salle de classe à une vitesse u = 0,750 m.s-1. Elle produit un son de
fréquence fe = 500 Hz en s’éloignant d’un élève et prote un vêtement vert qui diffuse une lumière de longueur
d’onde e = 550 nm.
2.1. Calculer fr pour le son et r pour la lumière, en considérant un élève fixe dont elle s’éloigne.
2.2. Ces variations seront-elles perceptibles pour l’élève ?
3. On considère maintenant une étoile qui s’éloigne de la Terre. Un astronome mesure alors une variation relative
de longueur d’onde
-
de 5,1%. Quelle est la vitesse de l’étoile ?
Données :
Célérité du son dans l’air v = 340 m/s
Célérité de la lumière dans le vide : c = 3,00 x x108 m/s
Limite de perception par l’homme d’une variation de fréquence sonore : f > 1 Hz.