LA LUMIERE: UNE ONDE POUR MESURER DES DISTANCES.

Lycée Michel de Montaigne - M. Brasseur - Année 2006 / 2007
LA LUMIERE: UNE ONDE POUR MESURER DES DISTANCES.
Les 3 exercices peuent être traîtés séparement.
EXERCICE 01. UNE EXPERIENCE DE DIFFRACTION.
(D’après sujet Bac S Métropole Septembre 2003)
On réalise une expérience de diffaction à l’aide d’un laser.
A quelques centimètres du laser, on place successivement des fils verticaux de diamètres connus. On désigne
par a le diamètre d’un fil. La figure de diffraction obtenue est observée sur un écran blanc situé à une
distance D = 1,60 m des fils. Pour chacun des fils, on mesure la largeur L de la tache centrale.
1°) Parmi les figures de diffraction proposées sur le schéma 1, laquelle observe-t-on sur l’écran blanc ? Aucune justification n’est demandée.
A partir de ces mesures et des données, il est possible de calculer l’écart angulaire du faisceau diffracté
(voir ci-dessous)
2°) Donner la relation qui permet de calculer tan  en fonction de la largeur L de la tâche et de la distance D qui sépare de l’écran blanc.
Aucun calcul n’est demandé, seule une formule est attendue.
On trace la courbe = f(1/a), donnée ci-dessous.On obtient ainsi une coube d’étalonnage.
0,5
1,0
1,5
0,25
0,75
1,25
en degrés
0
1
3°) Commenter l’allure de cette courbe. Quelle relation existe-t-il entre l’écart angulaire et la grandeur ?
a

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EXERCICE 03. A L’ECHELLE DE L’UNIVERS
La nuit tombe sur Mulhouse. Thiebault, passioné d’astronomie, observe les étoiles qui illuminent le ciel
dégagé de cette nuit. Il repère l’étoile du Berger qui est en fait une planète: la 2ème planète de notre système
solaire.
Cette planète se situe, en moyenne, à 108,2 x 10 6 km du Soleil.
1°) Quel est le nom de cette planête ?
2°) Indiquer le nombre de chiffres significatifs présents dans le nombre 108,2 x 106
3°) Ecrire ce nombre en toutes lettres (en utilisant millions, milliards...).
Les distances à l’échelle du système solaire ne s’expriment pas toujours en km.
4°) Quelle est cette autre unité utilisée pour exprimer les distances dans le système solaire ? Donner la valeur de cette unité, exprimée en
km.
5°) Exprimer dans l’unité que tu as donnée à la question 4°), la distance moyenne entre le Soleil et la deuxième planète de notre système
solaire. Bien détailler tous les calculs. On donne le résultat avec 2 chiffres significatifs.
6°) Quel est l’intérêt d’utiliser une telle unité à l’échelle de notre système solaire ?
Thiebault a repéré l’étoile 47 Ursae Majoris, dans la constellation de la Grande Ourse située à 0,407 x 10 15 km
de la Terre.
7°) Combien de chiffres significatifs compte ce nombre ? Ecrire ce nombre en toutes lettres (en utilisant millions, milliards...).
8°) Retrouver par la calcul, la valeur d’une année lumière en kilomètre. On donne le résultat avec trois chiffres significatifs.
9°) A quelle distance, en année de lumière, se trouve cette étoile ? On respectera les règles de calcul sur les chiffres significatifs, pour
donner le résultat du calcul avec le nombre de chiffres significatifs adaptés.
10°) Etais-tu né(e) lorsqu’a été émise la lumière qui te parvient quand tu observes étoile 47 Ursae Majoris dans le ciel ? Bien détailler
justifier la réponse.
11°) Question dangereuse, le professeur était-il né ?
EXERCICE 02. A L’ECHELLE HUMAINE
(D’après sujet devoir fin d’année 2nde lycée Montaigne Juin 2006)
Des élèves se rendent au café Montaigne et s’installent à la terrasse du café. La facade du lycée Montaigne se
situe à une distance D de la terrase du café. Ils veulent mesurer la distance qui les sépare de la facade du lycée
Montaigne.
Louise dispose d’un laser métrique: un télémètre laser. Un faisceau de lumière est envoyé vers la facade. Un
capteur intégré au télémètre laser permet de recevoir le rayon lumineux renvoyé par la facade du lycée. L’unité
de mesure du temps intégré au télémètre laser détermine une durée = 800 ns entre l’émission et la réception
d’une impulsion lumineuse.
1°) Exprimer le temps  mesuré par le télémètre laser en seconde, en utilisant les puissances de 10.
2°) Quelle est la valeur approchée de la vitesse de propagation de la lumière dans le vide. Exprimer cette valeur en unité officielle.
3°) Déterminer la distance D en mètre qui sépare les élèves de la facade du lycée Montaigne.
A quelques centimètres du laser, on place un cheveu de diamètre a inconnu. On relève la valeur de l’écart
angulaire
Cheveu = 1,25° obtenue suite à la diffraction de la lumière du laser par le cheveu.
4°) Comment peut-on, à partir de cette mesure et de la courbe tracée précedemment, déterminer la valeur du diamètre de ton cheveu ?
Bien expliquer la méthode.
5°) Quelle est la valeur du diamètre de ton cheveu ? Faire apparaître sur la courbe, la méthode employée pour répondre à cette question.
Exprimer cette valeur en m.