TS TP07 Diffraction LPC

LaboPhysChim
TP07
LA DIFFRACTION
1. Problématique
Tiff’any ne sait pas quel shampoing choisir pour ses cheveux... Un shampoing volumateur pour cheveux fins ou
un shampoing lissant pour cheveux épais et indisciplinés? Question existentielle me direz-vous !
Si seulement elle pouvait mesurer l’épaisseur d’un de ses cheveux !
Saurez-vous l’aider ?…
2. Documentation
Document 1
Matériel
Vous disposez d’un laser, produisant une lumière monochromatique de longueur d’onde λ = 633 nm, de fils de
diamètres connus (a= 40 ; 50 ; 80 ; 100 ; 120 ; 150 µm), d’un écran, d’un réglet, de supports élévateurs, de
potences, d’un cadre de diapositive vide, d’un triple mètre.
Epaisseur des cheveux
Document 2
Le diamètre d'un cheveu varie de 50 à 100 µm environ. Les cheveux fins contiennent jusqu'à 50 % de
protéines en moins par rapport aux cheveux épais. Leur diamètre moyen est de 50 à 70 µm, contre
environ de 80 à 100 µm (voire plus) pour les cheveux moyens à épais. Par conséquent, les cheveux fins
possèdent de nombreuses particularités qui doivent être prises en compte lors du développement de
produits capillaires et de coiffage adaptés à cette structure de cheveux.
Phénomène de diffraction
Document 3
Lorsqu'une onde lumineuse rencontre un
obstacle de dimension voisine de sa longueur
d'onde λ, sa direction de propagation est
modifiée : c'est le phénomène de diffraction.
Le phénomène est d'autant plus marqué que la
dimension est petite par rapport à λ.
L'onde diffractée présente alors des maxima et
des minima d'amplitude (zones lumineuses et
zones d'ombre).
Document 4
Expression liant l’épaisseur d’un fil aux autres paramètres du montage
On propose plusieurs expressions pour déterminer la largeur, notée a, d’un fil :
( )
( )
( )
( )
( )
k est une constante N * ; L est la largeur de la tache centrale (distance entre les milieux des deux
premières extinctions) obtenue sur un écran placé à une distance D du fil.
Pour valider une expression théorique, on doit s’appuyer sur une série de mesure et non sur une seule
mesure. Il est demandé de justifier lorsqu’on élimine une expression.
Incertitude relative :
3. Démarche et restitution
1.
2.
3.
4.
Proposer un protocole expérimental qui vous permettra de déterminer la bonne relation à utiliser.
Réaliser l’expérience et présenter les résultats expérimentaux (tableau de mesures).
Eliminer les expressions « non conformes » de la relation en justifiant vos choix.
Exploiter les résultats expérimentaux (impression de courbes, création de nouvelles grandeurs calculées,
utilisation de la modélisation, etc.) et les interpréter. Quelle est la bonne relation ? Justifier
5. Déterminer le diamètre d’un de vos cheveux (Protocole, mesure, exploitation, conclusion avec un regard
critique sur le résultat obtenu) et répondre à la problématique
6. Proposer un protocole permettant d’observer le phénomène de diffraction d’une onde mécanique.
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