Correction Devoir de physique-chimie n°3
Exercice A : La houle /1,5+2+1,5+1,5+0,5+1,5+1,5+1,5+1,5 = 13
A.1.1. Une onde mécanique progressive est la propagation d'une perturbation locale de matière sans transport global de matière mais
avec un transport d'énergie. La houle correspond parfaitement à cette définition : la perturbation est la montée et la descente de
la surface de l'eau mais il n'y a pas de transport global d'eau avec la propagation de la houle.
A.1.2. Sur le schéma 14 cm correspond à 6,4 cm et 9 correspond à 5,9 cm.
Ainsi 9 = 14 x 5,9
6,4 donc = 14 x 5,9
9 x 6,4 = 1,4 cm
vlabo =
T = .f = 1,4.10–2 x 23 = 0,32 m.s–1
A.1.3. = 60 m et h = 3000 m donc << h. D'après le doc 2, v1 = g.
2 = 9,8 x 60
2 = 9,7 m.s–1 Or v1 =
T donc T =
v1
= 60
9,7 = 6,2 s
A.1.4.1. On observe sur la photographie le phénomène de diffraction. Ce
phénomène apparait de façon très claire si l'ouverture (ici la largeur du
chenal) a une dimension proche de la longueur d'onde de la houle.
A.1.4.2. On peut observer de la diffraction avec des ondes lumineuses (ou
électromagnétiques) (expérience avec un laser et des fils calibrés pour
déterminer l'épaisseur d'un cheveu) ou avec des ondes sonores
(diffraction à la sortie des hauts–parleurs).
A.2.1. Pour que l'entrée du port soit peu soumise à la houle, il faudrait diminuer
l'angle de diffraction =
a (avec a largeur du chenal). Pour que diminue,
il faudrait donc que "a" soit plus grand. Il faut donc élargir le chenal.
A.2.2.1. Avec 2 chenaux, le nouveau phénomène qui va apparaitre est un phénomène d'interférences. Il correspond à une addition de 2
ondes qui se sont diffractées par les 2 ouvertures qui sont les chenaux. Il apparaitra alors, suivant les endroits, des
interférences constructives (des ondes en phase s'additionnent) formant des ondes d'amplitude plus importante et des
interférences destructives (des ondes en opposition de phase s'additionnent) formant des zones d'amplitudes nulles. La
distance, constante, entre les différentes zones d'amplitude nulle est appelée "interfrange".
A.2.2.2. On cherche si la différence de marche = d2 – d1 est égale à k. avec k (interférences constructives) ou égale à (k + 1
2).
(interférences destructives) ou ni l'un ni l'autre. On calcule alors
= d2 – d1
dans les 2 cas.
Cas où = 34 m :
= 1,880.103 – 1,200.103
34 = 20 = k ainsi les interférences sont constructives : l'entrée du port sera soumis à
une houle d'amplitude forte.
Cas où = 80 m :
= 1,880.103 – 1,200.103
80 = 8,5 = k + 1
2 ainsi les interférences sont destructives : l'entrée du port sera soumis
à une houle d'amplitude quasi nulle.
A.3. Les conditions sont :
Direction SO du vent
(cf ci–contre : )
Le jeudi 21, les plages de marée montante sont [00:58 – 06:54] et [13:10 – 19:08] mais la 1ère plage est située en pleine nuit.
Le samedi 23, les plages de marée montante sont [02:10 – 08:08] et [14:24 – 20:22] mais la 1ère plage est en partie la nuit.
Les meilleurs périodes sont donc le jeudi 21 de 14h à 17 h environ (mais le vent, assez fort, est plutôt Ouest–Sud–Ouest) et le
samedi 23 de 15h à 20 h (mais le vent est plus faible) la meilleure période est le samedi 23 de 15h à 20 h.
Exercice B : Les fentes d'Young /0,5+1,5+1+0,5+1,5+2=7
B.1. Les ondes issues de F1 et de F2 sont issues du même laser (donc de la même onde) qui vient frapper les fentes F1 et F2 en même
temps. Les ondes issues de F1 et de F2 sont donc cohérentes : elles ont les mêmes caractéristiques (f, et amplitude) et émises
en même temps (en phase).
B.2. i = .D
b ATTENTION : ne pas confondre ici a (largeur des fentes) et b (écartement entre les fentes)
B.3. La distance reliant le centre de 1ère frange au centre de la 7ème frange correspond à 6i. Ainsi 6i = 25 mm donc i = 25
6 = 4,2 mm.
B.4. Il est nécessaire de mesurer plusieurs interfranges pour diminuer l'incertitude de mesure (les erreurs de mesures).
B.5. i = .D
b donc = i.b
D = 4,2.10–3 x 0,40.10–3
3,0 = 5,6.10–7 m = 5,6.102 nm
B.6. U() = .
U(i)
i
2
+
U(b)
b
2
+
U(D)
D
2
= 5,6.102 x 0,012 +
0,01
0,40
2
+
0,03
3,00
2 car incertitude relative de i : U(i)
i =1 % = 0,01
U() = 2.101 nm = 0,2.102 nm donc = (5,6 0,2).102 nm