Mesure du diamètre d`un cheveu

--------------------Dépêche ALP (Agence Lycée Presse)---------------------------TERRIBLE FAIT DIVERS AU LYCEE : qui a volé les oranges ?
Un individu peu scrupuleux, après s’être introduit au laboratoire de physique du lycée, est reparti avec 2 kilogrammes
d’oranges dont les élèves de 2nde avaient besoin pour leurs TP de chimie. Mais le malfaiteur a perdu un cheveu sur les
lieux du forfait…
La police scientifique a été dépêchée sur les lieux du délit et a déterminé l’épaisseur de ce cheveu. Verdict : e = 90 µm.
La police scientifique, demande aux lycéens de faire de leur côté la mesure de l’épaisseur d’un de leurs cheveux afin de la
comparer à celle de la pièce à conviction.
La police met à disposition des lycéens le matériel présenté ci-dessous et un protocole expérimental de l’expérience
réalisée dans leur laboratoire :
Matériel mis à disposition : source laser, des fils de différentes épaisseurs connues et positionnés dans des supports de
diapositives, un support de diapositive, un écran
• Mise en évidence du phénomène de diffraction
- Précautions de sécurité
On dispose d’une source laser. Elle produit un faisceau lumineux très directif et de forte puissance lumineuse susceptible
d’altérer la rétine de manière irréversible.
ATTENTION : Il ne faut jamais regarder directement le faisceau de lumière d’un laser ni placer sur son trajet des objets
réfléchissants (montre, bagues…).
- Interposer un fil fin, d’épaisseur e connue, sur le trajet du faisceau lumineux et
observer la figure lumineuse obtenue sur écran.
- Remplacer le fil précédent par un autre fil d’épaisseur différente sans modifier
la distance D.
- Observer comment varie la figure lumineuse observée sur l'écran lorsqu'on
augmente l'épaisseur du fil.
• Mesures
- Procéder comme précédemment en utilisant 5 fils différents d’épaisseur e connue et mesurer pour chacun d’eux la largeur L de la
tache centrale sur l’écran.
Les mesures avec des fils calibrés et un cheveu :
L
Les paramètres :
• Exploitation des résultats
Tracer la courbe de la largeur de la tâche en fonction de l’épaisseur du fil L =f(e).
•
Innocent ou présumé coupable ?
Et votre cheveu, a t il l’épaisseur de celui retrouvé sur le lieu du délit ?
ESTIMATION DU DIAMÈTRE D’UN CHEVEU PAR DIFFRACTION
Deuxième partie
Objectif :
• Savoir tracer à l’aide du logiciel EXCEL une courbe et l’exploiter.
• Connaître le principe des deux types de courbe d’étalonnage.
• Exprimer les résultats avec le nombre de chiffres significatifs adéquats.
1. En vous aidant de la fiche technique du logiciel EXCEL et de vos mesures de la séance précédente, tracer la
courbe L = f(e)
2. La courbe obtenue a-t-elle une forme particulière ?
3. Est-il possible de déterminer le diamètre de votre cheveu ? Si oui en donner la valeur avec un nombre de chiffres
significatifs adéquats en procédant comme la notice le préconise.
En physique, on utilise deux sortes de courbes d’étalonnage :
 La courbe d’étalonnage obtenue directement à l’aide des mesures que l’on peut utiliser uniquement dans le
domaine des mesures réalisées. Dans notre étude la courbe L=f(e) ne peut être utilisée que sur le domaine 40µm
 120µm
 La courbe d’étalonnage à allure géométrique caractéristique qui permet de faire des extrapolations et ainsi être
utilisée en dehors du domaine des mesures.
4. Ajouter à la feuille de calcul les colonnes « -e », « 1/e » et « e2’ ».Remplir ces nouvelles colonnes en utilisant les
fonctionnalités du logiciel EXCEL (voir notice).
5. A l’aide du logiciel EXCEL, tracer les courbes L = f(-e), L = f(1/e) et L = f(e2)
6. Reproduire sur votre compte-rendu les trois courbes obtenues.
7. A votre avis, quelle est la courbe d’étalonnage qui permettra une extrapolation des mesures ? Pourquoi ?
8. Sur cette courbe sélectionnée, déterminer la valeur du diamètre de votre cheveu en donnant le résultat avec un
nombre de chiffres significatifs adapté.
9. Comparer cette valeur à celle de la question 3. Quelle conclusion peut-on en tirer ?