Physique, PCSI1, Lycée Loritz
Corde de Meldes (visualisation d'ondes stationnaires)
Interférences ultra-sonores
Diffraction
Sur l'image de droite, on observe le dispositif permettant d'obtenir une figure de diffraction. Il suffit pour cela d'utiliser un un laser (ici He-Ne de longueur d'onde 632,8 nanomètre) et une fente fine (ici, 70 micromètre de large) et de placer un écran à une grande distance de la fente.
La figure de diffraction obtenue est reproduite sur l'image ci dessous. On constate l'apparition de taches dont la largeur dépend entre autre de la distance fente écran et de la largeur de cette dernière.
Une analyse de l'intensité le long de la figure de diffraction à été réalisée à l'aide du logiciel ImageJ. Elle permet de bien visualiser la présence des taches mais aussi de voir comment varie l'intensité lumineuse le long du profil. Il apparait que le capteur CCD a saturé au niveau de la tache centrale.
Polarisation
On utilise une lampe, un condenseur, un diaphragme et une lentille convergente pour réaliser un faisceau homogène et parallèle de lumière blanche (non polarisée).
On place sur la trajectoire du faisceau un polariseur. En faisant tourner ce dernier, on constate que l'intensité lumineuse transmise ne varie pas (non montré ici). On ajoute alors un second polariseur (appelé analyseur par commodité).
- Lorsque ces deux derniers sont alignés (image de gauche), le faisceau est toujours transmis par le système et son intensité n'a pas varié.
- Lorsque ces deux derniers sont croisés (image de droite), le faisceau est "stoppé" par l'analyseur.
- Pour des angles intermédiaires, on observe une variation de l'intensité du faisceau transmis.
Image d'un stylo par le dioptre eau/air
Lorsqu'un objet dans l'eau est observé de l'extérieur, les rayons lumineux sont déviés. Tout se passe comme si on voyait l'objet (ici, la partie basse du stylo sur l'image A) ailleurs que là où il est réellement. On parle dans ce cas de l'image de l'objet par rapport à un système optique (ici, le dioptre eau/air).
De plus, on a vu en TD que les parois parallèles et fines en verre ne vont pas ajouter de déviation supplémentaire (partie intermédiaire de l'image A).
On note par la suite A l'intersection entre le stylo et la surface de l'eau, A' l'image de A par le dioptre eau/air puis H le projeté orthogonal de A sur le dioptre. Un modèle théorique donne :
nair HA = neau HA'
Dans la suite, on supposera que nair=1 et on va chercher à obtenir neau en mesurant simultanément HA et HA'
On souhaite déterminer précisément la position de l'image du stylo a. Pour cela, on place un deuxième stylo (noté stylo b) sur la droite (HA) de manière à ce que sa partie émergée se superpose à l'image du stylo a (comme représenté sur l'image B).
A l'aide du réglet, on mesure HA=14,3± 0,5 cm et HA' = 10,5±0,5 cm (image C). On en déduit neau= 1,36 ± 0,08 (95%) Ce résultat semble cohérent avec le valeur tabulée pour l'eau pure (neau =1,33 pour une longueur d'onde de 600 nm)
Charge et décharge d'un condensateur (régime transitoire d'ordre 1)
Un signal créneau est utilisé pour alimenter un circuit contenant une résistance (boitier blanc au premier plan) et un condensateur (boitier blanc au second plan) de capacité réglable
Sur l'image de gauche (1), on observe que le condensateur se charge puis se décharge de manière périodique. On remarque de plus que contrairement à la tension aux bornes du GBF, celle obtenue aux bornes du condensateur est continue. Sur l'image de droite (2), la capacité du condensateur a été augmentée (passage de 2,1 nF à 5,1 nF). On constate que la durée du régime transitoire à été augmentée.
Enfin, sur la dernière image (3), on a utilisé une capacité beaucoup plus élevée (100 nF). Le régime transitoire voit sa durée dépasser la période du signal créneau utilisé. On observe ainsi uniquement des portions de courbes ressemblant à des droites et donc un signal de sortie triangulaire (sur cette image, l'échelle Y à été adaptée sur l'oscilloscope). Ce résultat (passage d'un signal créneau à un signal triangulaire à l'aide d'un circuit RC) sera de nouveau abordé plus tard dans l'année à l'aide d'un formalisme différent.
Charge et décharge d'un condensateur (régime transitoire d'ordre 2)
Un signal créneau est de nouveau utilisé pour alimenter un circuit contenant une résistance (boitier blanc au premier plan) et un condensateur (boitier blanc au second plan) de capacité C=10 nF ainsi qu'une bobine d'inductance L=1 H
Le facteur de qualité théorique de ce circuit vaut Q=(1/R) x (L/C)1/2 soit ici Q=0,5. Le régime transitoire obtenu est proche de celui pour le circuit RC (image 1), cependant, un zoom sur le début du signal permet d'appércevoir une dérivée à l'origine proche de zero.
Dans les deux cas prcédents, la valeur de la résistance à été modifiée afin d'augmenter le facteur de qualité. Pour un facteur de qualité supérieur à 0.7 (non représenté ici), on observe un changement et le nouveau régime obtenu est qualifié de pseudo-périodique (présence d'oscillations amorties). Sur l'image 3, le facteur de qualité vaut 6 et on observe environ 6 oscillations lors du régime transitoire. De même, le facteur de qualité passe à 20 sur l'image 4 et on observe environ une douzaine d'oscillations. En effet, dans ce dernier cas, la valeur de la résistance utilisée (500 ohm) n'est plus vraiment grande devant les résistances internes du GBF et de la bobine. L'expression théorique du facteur de qualité n'est donc plus parfaitement adaptée à la description du circuit.
Résonance type élongation avec un circuit RLC série
Un signal harmonique est utilisé pour alimenter un circuit contenant une résistance (boitier blanc au premier plan, R=300 Ohm) et un condensateur (boitier blanc au second plan) de capacité C=10 nF ainsi qu'une bobine d'inductance L=1 H On visualise ensuite la tension aux bornes du condensateur ainsi que celle aux bornes du GBF. La fréquence propre du circuit vaut f0 = (LC)-1/2 /(2 pi)= 1600 Hz et le facteur de qualité vaut Q=30.
Sur l'image 1, on envoie un signal à 400 Hz à l'aide du GBF. Les deux voies étant affichées avec le même calibre, on constate que la tension de sortie (condensateur) est égale à la tension d'entrée (générateur) en basses fréquences. Sur l'image 2, on envoie cette fois un signal à 4000 Hz et on observe que le signal de sortie est atténué par rapport au signal d'entrée (toujours le même calibre sur les deux voies).
Sur l'image 3, un signal de 1600 Hz à été utilisé (donc à la fréquence propre du système). On constate que l'amplitude du signal de sortie devient bien supérieur à celle du signal d'entrée (même calibres sur les deux voies). On parle ainsi de résonance car l'amplitude du signal de sortie passe par un maximum lorsque la fréquence augmente. Sur l'image 4, la même fréquence à été conservée mais la résistance a été augmentée (R'=5300 Ohm). Le facteur de qualité correspondant vaut ainsi Q'=1,8 et on constate que le phénomène de résonance est moins prononcé.