DS5 - elkettai.fr

Physique I : 2nde
DS 5 : Lumière et mesure de longueurs
CORRECTION
Exercice 1 :
Déterminer la distance parcourue en km par la lumière en une année.
Donner le résultat avec 2 chiffres significatifs et en écriture scientifique.
Donnée : c = 3,00.108 m.s-1 Une année ≈ 365 jours
Distance parcourue par la lumière en une année :
Données : d = ? m
c = 3,0.108 m.s-1
t = 1 année = 365 x 24 x 60 x 60 = 31 557 600 s
Par définition :
d
c =
⇒ d =c x t
t
Application numérique :
d = 3,0.108 x 31 557 600 = 9,5.1015 m = 9,5.1012 km
Exercice 2 :
Montrer que la lumière du soleil met environ 8 minutes pour parcourir la distance Terre-Soleil
Donnée : (DT/S = 150 millions de km).
Temps mis par la lumière pour nous parvenir du soleil :
Données : t = ? s
c = 3,0.108 m.s-1
d = 150.106 km = 150.109 m
Par définition :
c =
d
t
⇒
t =
Application numérique :
150.109
t =
= 500 s
3,0.108
d
c
soit
500
= 8,33 minutes
60
Exercice 3 :
Sixième planète du système solaire, Saturne est la plus lointaine des planètes visibles à l’œil nu. Elle est à 1427
millions de km du Soleil.
a) Convertir cette distance d en mètres et donner le résultat sous forme d’écriture scientifique.
Donner l’ordre de grandeur de cette distance.
b) A quelle distance d Saturne se trouve-t-elle en année lumière (al) du soleil ?
c) En astronomie, on utilise souvent la distance Terre-Soleil comme unité de distance dans le système solaire :
c’est l’unité astronomique (U.A).
On donne donc : 1 U.A = 150.106 km.
Donner la distance d Saturne-Soleil en unité astronomique (U.A).
a) d = 1427 x 106 km = 1,427.109 km = 1,427.1012 m
L’ordre de grandeur de d est 1012 m
b) On sait que : 1 al = 9,5.1012 km = 9,5.1015 m
1,427.1012
Soit d =
= 1,5.10-4 al
9,5.1015
c) 1 U.A = 150.106 km
d = 1,427.109 km
Soit d =
1,427.109
= 9,51 U.A
150.106
Exercice 4 :
Une sonde envoie à la vitesse c de la lumière des messages sur Terre. La durée d’envoi est d’environ t = 20 minutes.
A quelle distance d de la Terre se trouve cette sonde ?
Données :
c = 3,8.108 m.s-1
t = 20 min = 20 x 60 = 1200 s
d = ? m
d
On sait que : c =
⇒ d = c x t
t
A.N : d = 3,8.108 x 1200 = 4,6.1011 m soit d = 4,6.108 km
Exercice 5 :
Au cours d’une séance de TP, un groupe d’élève veut déterminer le diamètre d’un fil de pêche.
Ils disposent du matériel suivant :
Un laser
Un écran
Une règle graduée
6 diapositifs de fils calibrés
1 diapositif munie du fil de pêche
a) Faire le schéma du dispositif expérimental utilisé.
b) Faire un schéma de la figure observé sur l’écran. Quel est son nom ?
c) Ils obtiennent les résultats suivants :
Diamètre d du fil en µm
Largeur L de la tâche centrale en cm
1
(
d
40
60
80
100
120
140
10,0
7,0
5,6
4,2
3,2
2,8
)
1
. Préciser l’unité.
d
1
e) Tracer sur le papier millimétré ci-dessous le graphe L = f ( ), en n’oubliant pas de le légender.
d
Comment s’appelle cette courbe ?
Que peut-on conclure ?
d) Compléter la troisième ligne du tableau en calculant
a) Dispositif expérimental :
Laser
Ecran
b) Observation :
On observe une figure de diffraction sur l’écran :
L
c)
Diamètre d du fil en µm
40
Largeur L de la tâche centrale en cm
L (cm)
10,0
80
7,0
2,5.10
1
(µ
µm-1)
d
d) Tracé de L = f (
60
-2
1,7.10
100
5,6
-2
1,3.10
120
4,2
-2
1,0.10
140
3,2
-2
2,8
8,3.10
-3
7,1.10-3
1
) :
d
12
11
10
9
8,0
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
1
(x 10-3 µm-1)
d
18,8
Cette courbe s’appelle une courbe d’étalonnage
D’après la forme de la courbe, une droite passant par l’origine, on peut conclure qu’il existe une
1
relation de proportionnalité entre L et
.
d
1
On peut alors écrire que : L = k x
avec k coefficient de proportionnalité
d
e) Diamètre d du fil de pêche :
Une lecture graphique permet de déterminer le diamètre du fil (Voir graphique) :
1
Pour L = 8,0 cm on lit
= 18,8.10-3 µm-1
d
1
Soit d =
= 53,2 µm
18,8.10-3
Le diamètre du fil de pêche est d = 53,2 µm