1. Laser au quotidien (corrigé)

de même fréquence ν, il peut
subir une désexcitaBlu-ray
gauche
-34 ¥ 3,00.10 ! 4,91.10-19 J.
vérifie 2 × Lgauche = vΔtgauche donc Lgauche = E ! ce
6,63
.10le
-9 a toution stimulée. Dans
cas,
photon
émis
2
405.10
3,00.108
14 Hz.
n
!
!
7
,
41
.
10
3
6
jours la même énergie
= hν
mais de plus –19
il est
1,5.10 ¥ 140
.10.10-9
J.
Ainsi, EE = E
1 − E2 = 4,91.10
405
Lgauche !
! 0,11 m.
émis dans la même direction que le photon inci2
b. Les lecteurs
Blu-ray sont pourvus de dent.
lasersIlbleus,
1. Laser au quotidien (corrigé) 3.a.émission
L’indice de
réfraction s’exprime par la relation :
s’agit d’une
stimulée.
les
lecteurs
CD
et
DVD
de
lasers
rouges.
La longueur
14
Laser
au
quotidien
c
c
n! .
d’onde du bleu est inférieure à la longueur
c. E ! d’onde
h
c
v
1.a. La fréquencedu
estrouge
n ! donc les lasers des lecteurs DVD ou CDlont
8
lBlu-ray
b.
La .10
fréquence
de la radiation du laser n’est pas
3,00
une longueur
d’onde supérieure à 405 nm.
E ! 6,63.10-34 ¥ modifiée
! 4du
,91passage
.10-19 J.dans le polycarbonate.
lors
9
405
.
10
3,00.108
qui limite la taille du spot frap14 Hz.
n!
! 7c.
,41Le.10phénomène
–19 J.
Ainsi,
E = E
La longueur
d’onde de la radiation dans le poly405.10-9
pant le disque optique est la diffraction
par la
len-1 − E2c.= 4,91.10
v
c
1 c l
c
carbonate est l ! !
! ¥ ! C car v ! .
tille focalisante.
b. Les lecteurs Blu-ray
sont pourvus de lasers bleus,
3.a. L’indice de réfraction s’exprime par
la
relation :
n
n
f nf n f
spot La
impose
la taille limite des
les lecteurs CD etLe
DVDdiamètre
de lasersdu
rouges.
longueur
c 780
2
Ainsi,nl!! .
! 5,03.10 nm.
cuvettes
(creux
plats). d’onde
d’onde du bleu est
inférieure
à laetlongueur
v 1,55
du rouge donc lesd.lasers
des
lecteurs
DVD
ou
CD
ont
D’après le schéma, la taille des cuvettes dépend
b. La fréquence de
la radiation
duinterférence
laser n’est pas
d. Pour
qu’il y ait
destructive entre les
une longueur d’onde
405 nm.
de lasupérieure
longueur àd’onde.
Plus la longueur d’onde est
modifiée lors du passage
dans
le
polycarbonate.
deux faisceaux, il faut que la différence de marche
pluslalataille
tailledudes
c. Le phénomènepetite,
qui limite
spotcuvettes
frap- est petite. La
l la radiation dans le polyc. La longueur d’onde
soit de
.
capacité
estpar
ainsi
augmentée.
pant le disque optique
estde
la stockage
diffraction
la lenv 2c
1 c l
c
est l ! !
! ¥ ! C car v ! .
sa longueur
tille focalisante. Si un laser ultraviolet était utilisé, carbonate
nf n f des ncreux doit ndonc être l car le
e.f La profondeur
serait plus
petitelimite
que celle
Le diamètre du d’onde
spot impose
la taille
des du Blu-ray, ainsi
4 l
780
5,03.102lumineux
nm.
l ! de ! faisceau
cuvettes seraient plus petites et laAinsi,
capacité
cuvettes (creux etlesplats).
effectue un aller-retour de de
1,55
2
stockage
augmentée.
plus sur le plat que sur le creux.
d. D’après le schéma,
la taille
des cuvettes dépend
d. Pour qu’il y ait interférence destructive entre les
de la longueur d’onde.
longueurd’un
d’onde
est L’énergie trans2.a. IlPlus
y a laémission
photon.
f. La profondeur dépend de la longueur d’onde. Elle
deux faisceaux, il faut que la différence de marche
petite, plus la taille
est petite.
La à la différence
portéedesparcuvettes
le photon
est égale
est différente pour un DVD par rapport au Blu-ray
l
capacité de stockage
est ainsi
d’énergie
entreaugmentée.
les deux niveaux E2 et soit
E1 lors. de la
car les deux disques optiques possèdent des lasers
2
Si un laser ultraviolet
était utilisé, sa longueur
désexcitation.
de longueurs d’onde différentes.
l
e. La profondeur des creux doit donc être car le
d’onde serait plus petite que celle du Blu-ray, ainsi
4.a. La surface utilisée par4 leldisque est :
les cuvettes seraient plus petites et la capacité de
faisceau lumineux effectue un aller-retour
de de
S ! S - S1 ! p r22 - r12 où r12est le rayon intérieur
stockage augmentée.
plus sur le plat que sur2 le creux.
et r2 le rayon extérieur.
302tBAC
2.a. Il y a émission d’un photon. L’énergie transf. La profondeur dépend
de la longueur d’onde. Elle
Ainsi :
portée par le photon est égale à la différence
est différente pour un DVD par rapport
au Blu-ray
-2 2 - 2,30.10-2 2 ! 8,91.10-3 m2 .
S !optiques
p 5,80.10
d’énergie entre les deux niveaux E2 et E1 lors de la
car les deux disques
possèdent
des lasers
désexcitation.
de longueurs d’onde
différentes.
b. Le
CD stocke 700 Mo = 700.106 × 8 = 5,60.109
"
ons de
oit. P3
arcours
b. Soit un atome excité dans un état d’énergie E2.
Sa désexcitation spontanée vers l’état d’énergie E1
produit
un photon d’énergie E = E2 − E1 associé à
302
tBAC
une radiation de fréquence ν telle que E = hν.
""
Émission stimulée
ondes
onc la
ifie :
hν
hν
hν
E1
gauche
gauche
2
bleus,
ngueur
d’onde
CD ont
t frapla len-
te des
hν = E2 – E1
Si cet atome est soumis à un rayonnement incident,
de même fréquence ν, il peut subir une désexcitation stimulée. Dans ce cas, le photon émis a toujours la même énergie E = hν mais de plus il est
émis dans la même direction que le photon incident. Il s’agit d’une émission stimulée.
c. E ! h
c. La longueur d’onde de la radiation dans le polyv
c
1 c l
c
carbonate est l ! !
! ¥ ! C car v ! .
n
n
f nf n f
780
Ainsi, l !
! 5,03.102 nm.
##
photographique
E ! 6,63.10-34 ¥
3.a. L’indice de réfraction s’exprime par la relation :
c
n! .
v
b. La fréquence de la radiation du laser n’est pas
modifiée lors du passage dans le polycarbonate.
# "
15 Étude d’un phénomène optique par analyse
c
l
3,00.108
! 4,91.10-19 J.
405.10-9
Ainsi, E = E1 − E2 = 4,91.10–19 J.
#
bits. Sa densité est donc :
5,60.109
dCD !
! 6,29.1011 bit.m-2.
8,91.10-3
Le DVD stocke 4,7 Go = 4,7.109 × 8 = 3,76.1010 bits
donc sa densité est :
3,76.1010
dDVD !
! 4,22.1012 bit.m-2
8,91.10-3
Enfin, le Blu-ray contient 25 Go = 25.109 × 8
= 2,00.1011 bits. Sa densité est donc :
2,00.1011
dBlu-ray !
! 2,24.1013 bit.m-2.
8,91.10-3
c. Ce disque dur a une densité supérieure à celle du
CD et du DVD mais une densité inférieure à celle du
Blu-ray.
d. La densité augmente avec la diminution de la
taille des cuvettes (creux et plats). Ceci permet
d’augmenter la capacité des disques optiques.
E2
1.a. D’après le graphique de la figure 2, le nombre
de valeurs codant l’échelle de niveau de gris est de
256 (de 0 à 255). Donc 2n = 256, soit n = 8. Huit
bits sont nécessaires à ce codage.
b. Par comparaison des figures 1 et 2, le niveau de
gris correspondant à la valeur 255 est du blanc.
c. Une distance de 7,0 cm équivaut à 889 pixels. Un
889
centimètre représente donc
! 1,3.102 pixels.
7,0
d. Par lecture graphique de la figure 2, la mesure de
sept longueurs d’onde est de 7λ1 = 7,2 cm.
Donc λ1 = 1,0 cm.
e. La célérité v1 vaut v1 ! lf1
v1 ! 1,0.10-2 ¥ 20 ! 0,20 m.s-1.
f. Pour une fréquence identique, en modifiant la
forme de l’onde, la célérité est identique (v2 = v1).
g. En changeant
il n’est pas possi
la célérité. Il fau
mètre à la fois.
2.a. L’expérience
en évidence le ca
b. La lumière las
tionnelle ; la con
de l’énergie qu’el
c. En utilisant le
largeur du lobe c
tache centrale, c
Donc la valeur de
d. D’après la figu
q!
d
1,6.1
, q!
D
3,0
e. L’écart angulai
radians, λ en mè
f. La longueur d’
l ! 5,3.10-3 ¥ 0,
g. En diminuant l
de même largeur
donc d diminue (
En diminuant la
même longueur
l
(q ! ) donc d a
a
16 Lanceur Aria
1.a. La fusée évo
ou pas d’air (selo
quer son combur
b. La réaction éq
2N2O4 + C2
c. La masse mo
M(N2O4 ) ! 2 ¥ 14
de matière présen
n