Thème 1 : Onde et matière Chapitre 1 : Ondes et particules, support

Thème 1 : Onde et matière
Chapitre 1 : Ondes et particules, support d’information
Activité 1 : Atmosphère et rayonnement dans l’univers p16
1)
a) La grandeur portée en ordonnée représente la proportion de rayonnement arrêté par
l’atmosphère avant d’attendre le sol pour une longueur d’onde donnée
100% correspond à un rayonnement n’atteignant pas le sol et 0% correspond à un
rayonnement pour lequel l’atmosphère est complètement transparente
b) En abscisse sont porté les longueurs d’ondes dans le vide des différents rayonnements
électromagnétique. L’échelle utilisée n’est pas linéaire, on complète l’échelle en multipliant par 10 la
valeur indiqué sous la graduation qui précède.
c) A correspond aux ultraviolets B correspond au spectre visible
C correspond au infrarouges D correspond au domaine des ondes radios
d) Les illustrations montre les instruments d’observation adapté aux différents domaines des
ondes électromagnétiques
2)
a)Depuis le sol on peut observer le domaine visible,
de 400nm (400.10-9m) à 800nm (800.10-9m) et le domaine radio de 10-3m à 10m
b) 10-8m a 400 nm domaine des ultraviolets
Activité 2 : L’astronomie de l’invisible
a) Sur la photographie a) dans le domaine visible le nuage de gaz et de poussière qui remplie la
galaxie arrête une grande partie du rayonnement. D’autre part certaine étoiles émettent
trop faiblement dans le visible et n’apparaissent pas.
Sur la photographie b) en rayonnement infrarouge le nuage devient transparent et laisse
apercevoir des étoiles situé à l’arrière, de plus le nuage lui-même émet un rayonnement
infrarouge qui le rend visible.
Sur la photographie c) ce sont des étoiles brillantes dans l’ultraviolet qui deviennent visible
alors qu’elles n’apparaissent pas sur la photographie a.
b) Le rayonnement thermique est le rayonnement émis par un corps uniquement sous l’effet de
sa température. Le nuage est beaucoup trop froid pour émettre dans le visible. Son
rayonnement thermique à son maximum d’émission dans l’infrarouge donc il est brillant
dans ce domaine de radiation.
c) Plus la température est élevé plus la longueur d’onde du maximum d’émission est petite. Les
étoiles les plus chaudes apparaissent en bleu.
d) Un trou noir est un objet qui résulte de l’effondrement d’une étoile et qui a une masse
volumique telle que les effets gravitationnels empêchent même la lumière de s’en échapper.
e) Echelle : 200 000 al
0.8cm
Valeur mesurée
0.7cm
La longueur de la zone d’émission radio autour du trou noir est estimée à 1,75.105
f)
I.
Le rayonnement visible ne constitue qu’une faible partie du rayonnement magnétique émis
dans l’univers de nombreux objet de l’univers n’émettent pas ou bien trop faiblement dans
le domaine visible. Même si un objet est visible les rayonnements non visibles peuvent
fournir des informations supplémentaires.
Particules et ondes : support d’information
1) Univers et particules
L’univers représente la totalité de se qui existe de l’infiniment petit à l’infiniment grand et c’est grâce
a une analyse des particules et des ondes que les scientifiques peuvent étudier les objets de
l’univers. L’univers est ainsi parcourus par des noyaux atomiques ou des particules élémentaires se
déplacent à grande énergie, c’est le rayonnement cosmique. Un rayonnement désigne la propagation
d’énergie émise par une source
2) Ondes électromagnétiques
La lumière visible, les rayonnements ultraviolets, infrarouges mais aussi radio sont des ondes
électromagnétiques, Qui transporte de l’énergie sans matière et se propage sans support matériel à
dans le vide.
La détection des ondes électromagnétique met en œuvre un détecteur électronique utilisant l’effet
photoélectrique, c'est-à-dire la libération d’électron par certains matériaux exposé à un
rayonnement.
Exemple : les panneaux solaires
3) Onde mécaniques
Les ondes sismiques, les ondes sonores, la houle son des ondes mécaniques , se sont des
perturbations qui transportent de l’énergie sans matière et se propage dans un support à une vitesse
dépendant du support.
La détection des ondes mécaniques met en œuvre un capteur transformant une des grandeurs
physique du support modifié par le passage de la perturbation en une grandeur facile à exploité.
Exemple : capteur piézoélectrique.
II.
Contrainte d’observation des rayonnements.
1) Interaction entre rayonnement et matière
L’énergie transporter par le rayonnement peut être absorbé par la matière lors d’interaction
matière-rayonnement, ce phénomène est appeler absorption. Du rayonnement est parfois
accompagné du phénomène de diffusion.
2) Fenêtre atmosphérique d’observation
Les rayonnements capables de traverser l’atmosphère sans absorption appartienne au domaine
visible et radio, l’atmosphère est le nom donné à l’enveloppe gazeuse qui entoure la Terre et nous
protège de certains rayonnements.
3) Localisation des lieux d’observation
Ainsi certains instruments de détections se trouvent à la surface de la Terre dans les domaines
visibles et radio et d’autres se situent au dessus de l’atmosphère pour s’affranchir des phénomènes
d’absorption et de turbulences.
III.
Exemples de sources de rayonnements
1) Rayonnement ultraviolet
L’émission dans l’ultraviolet de 10nm à 400nm vient d’objets célestes chauds : étoiles chaudes ou
quasars mais aussi d’objets du quotidien : lampes fluo compactes et UV avec déchardes électriques
dans la vapeur de mercures.
2) Rayonnement infrarouge
Rayonnement infrarouge de 800nm à 1mm provient d’un objet froid : jeune étoile ou nuage de
poussière mais aussi d’objet du quotidien : diode infrarouge et chauffage domestique avec filament
de chauffage.
3) Rayonnement radioélectrique
L’émission radio au dessus de 1 mm provient de particules chargées de hautes énergies proches de
supernovae mais aussi d’objet du quotidien : téléphone portables et antenne de station radio
Activité 3(livre) : Les particules dans l’univers.
Le rayonnement cosmique : Particule de haute énergie
Magnétosphère : entoure un objet céleste c’est la que ce trouve le champ magnétique protégeant la
Terre des particules ionisé
Réaction nucléaire : transformation des noyaux atomique (neutron, proton et radiations)
La figure 5b illustre la formation d’une gerbe de particule. En A une particule provenant de l’espace
interagie avec un atome de l’atmosphère terrestre déclenchant l’émission de plusieurs autres
particules.
Les rayons cosmiques apportent des renseignements sur le fonctionnement interne du soleil
(particule solaires) ou sur des événements se produisant dans l’univers lointain (particules galactique
et extra galactiques).
Pour étudier la structure de la matière (fonctionnement au niveau subatomique) les chercheurs
utilisent les accélérateurs de particules.
La nature et l’énergie des particules présente dans les rayons cosmiques ne sont pas prévisibles alors
qu’un accélérateur de particule
Activité 3 (polycopier) : Un exemple d’ondes mécaniques
Points communs
 Ils transportent tous
les deux de l’énergie
 Ils sont soumis aux
phénomènes de
réflexion et de
réfraction
Ondes électromagnétiques
 Pas besoin de
support
 Se déplacent à la
vitesse de la lumière
Ondes mécaniques
 On besoin d’un
support
 Ne se déplacent pas à
la vitesse de la
lumière
Différence entre épicentre et hypocentre : l’épicentre est la projection à la surface de la terre de
l’hypocentre et l’hypocentre est le point de départ du séisme qui est sous la surface de la Terre.
L’hypocentre est ce que l’on appel le foyer du séisme.
L’ensemble des points situé a une distance D, d d’une station se trouve sur un cercle de rayon D et de
centre la station. La position approximative de l’épicentre se trouve à l’intersection des cercles ayant
pour centre les stations et pour rayon les distances hypocentrales. On utilise l’objectif approximatif
car l’épicentre n’est pas l’hypocentre mais les distances ces deux points aux stations sont
approximativement les mêmes.
Direction de propagation : Onde P : horizontale (même sens)
Onde s : perpendiculaire
Déformation de terrain : Onde p : compressions qui produit un soulèvement de terrain et
Onde s : un mouvement de vas et vient
d= m
t= s V=
La connaissance du décalage temporel ∆t=ts-tp entre les temps ts : ondes S et celui tp : ondes p sur
une station suffit et est nécessaire pour déterminer la distance d qui sépare la station de
l’hypocentre (foyer).
Activité 4 : Un détecteur d’ondes mécaniques
Exercice 3,4,7,12,9,15,11,19,16,23,22,26 page 22-29
Exercice 3 page 22
a) Les planètes, les astéroïdes, poussières interstellaires
b) Toutes les étoiles chaudes
c) Rayonnement fossile de l’univers, les radios sources lointaines (il s’agit probablement
d’ondes émise par des particules chargé fortement accéléré par la présence d’un trou
noir par exemple) on a également de l’hydrogène interstellaire
Exercices 4 page 22
Sources naturelles : Rayonnement cosmiques, particules α et β produit par la radioactivité
Sources artificielles : accélérateur de particules
Exercice 7 page 22
a) Tous les appareils de communication sans fil (téléphone portable, radio, wifi)
b) Appareil photo, barrière optique
c) Capteur de signal de télécommande infrarouge, détecteur d’alarme antivol, etc. …
Exercice 12 page 23
a) Un objet coloré absorbe une partie des radiations reçues la couleur est le résulta de la
superposition des radiations réémises
b) Un pigment fluorescent réémet une lumière visible alors qu’il reçoit un rayonnement, non
visible (ultraviolet) : la longueur d’onde de la lumière réémise est supérieure à la longueur
d’onde du rayonnement excitant cette fluorescence.
Exercice 9 page 23
a)
b) C’est la valeur la plus fiable pour décrire les résultats des mesures
Exercice 11 page 23
a)
b)
Exercice 19 page 26
a)
b)
c)
A2/A1 = 10^4
d)
e) L’échelle logarithmique permet de réduire l’échelle des valeurs caractérisant les séismes
possibles
Exercice 16 page 25
a) Au cours de la réaction nucléaire décrite, des noyaux d’atomes (ici noyaux d’atomes
d’hydrogènes) s’associent pour former des atomes plus lourds. Il s’agit d’une réaction de
fusion.
b) Les neutrinos proviennent des réactions nucléaires qui se produisent au cœur du soleil
comme il est indiqué à la ligne 2. C’est donc de cette région qu’on peut obtenir des
renseignements à partir de l’étude des neutrinos solaires.
c) D’après la ligne 3 du texte, le nombre de noyau d’hélium est les moitié du nombre de
neutrinos émis.
d) On fait interagir les neutrinos avec une grande quantité de matière comme l’indique la
phrase : « les détecteurs de neutrinos sont de grand réservoirs contenant des milliers de
d’eau »
Exercice 15 page 25