TP O13 -‐ Comment déterminer l`épaisseur d`un cheveu ?

TS-­‐O13-­‐TP determiner l’épaisseur d’un cheveu 2013/2014 TP O13 -­‐ Comment déterminer l’épaisseur d’un cheveu ? Problématique : Vous voilà au supermarché, devant le rayon hygiène. Vous avez le choix entre quatre types de shampoings : cheveux très fins, fins, normaux ou épais. Lequel choisir ? Document 1 : Caractérisation des cheveux en fonction de leur diamètre
Document 2 : la diffraction
En éclairant une fente de largeur a ou un fil de diamètre a par une source laser monochromatique de longueur d’onde λ, perpendiculaire au plan de la fente ou du fil, on observe sur un écran une figure de diffraction. Les taches de diffraction sont réparties régulièrement de part et d’autre de la tache centrale. Une mesure de la largeur D de la tache centrale de diffraction permet de déduire la largeur de la fente !⋋!
par la relation :𝑎 = !
Document 3 : 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, règle métallique…). Terminale S – Sciences Physiques-­‐ TS-­‐O13-­‐TP determiner l’épaisseur d’un cheveu 1 TS-­‐O13-­‐TP determiner l’épaisseur d’un cheveu 2013/2014 Document
4 : Indications pour l’évaluation des incertitudes
On note Δa l’incertitude sur a, ΔD celle sur D et ΔL celle sur L. La loi des incertitudes composées relie les incertitudes entres elles, elle s’écrit dans ce cas : 2
2
"Δ % "Δ %
Δa
= $ D ' + $ L ' #D& #L&
a
-­‐ Evaluation de l’incertitude ΔL sur L Elle résulte de deux lectures effectuées à l’aide d’une règle. L’incertitude due aux lectures est reliée à la plus petite graduation q de la règle : on suppose qu’elle s’évalue par l’expression : 2 q . 3
-­‐ Evaluation de l’incertitude ΔD sur D Il existe ici deux contributions, l’une, notée ΔD1, due aux deux lectures sur la règle utilisée pour faire cette mesure, et l’autre, notée ΔD2, résulte de la difficulté d’identifier parfaitement les positions de deux minimums d’éclairement. -­‐ pour ΔD1, on procède comme pour la mesure de L, -­‐ pour ΔD2, on évalue, pour simplifier, la largeur ε de l’intervalle dans lequel on considère qu’un 2
ε minimum d’intensité est situé. La méthode utilisée conduit à prendre Δ D2 =
3
L’incertitude sur D est donnée pas la relation : Δ D = 2D1 +2D2 Remarque : l’incertitude relative sur la longueur d’onde n’intervient pas dans l’expression de l’incertitude relative sur a car elle est négligeable devant les incertitudes relatives sur D et sur L. ANALYSER : 1. Rédiger un protocole expérimental permettant de déterminer l’épaisseur d’un cheveu. Aide : la distance fente-­‐écran sera réglée à 186,0 cm. REALISER : 2. Réaliser le montage et observer la figure de diffraction. VALIDER : 3. Mesurer la largeur de la tache centrale de diffraction puis en déduire le diamètre du cheveu D. 4. Faire l’analyse des sources d’erreurs pour les mesures de D et L et évaluer les incertitudes associées ΔD et ΔL. 5. Calculer l’incertitude relative sur la mesure du diamètre du cheveu. 6. Pouvez vous conclure sur l’épaisseur du cheveu et le type de shampoing à utiliser ? 7. Proposer une amélioration du protocole susceptible de diminuer l’incertitude relative. Une méthode d’amélioration consiste à construire une courbe d’étalonnage : Pour une lumière monochromatique rouge de longueur d’onde 650 nm et une distance fente-­‐écran égale à 186,0 cm, on trace le graphe représentatif de d, la demi-­‐largeur de la tache centrale de diffraction en fonction de x, l’inverse de la taille de fentes (ou des fils) calibrées. Le graphe obtenu est donné ci-­‐après. 8. Utiliser les résultats obtenus précédemment et la courbe d’étalonnage pour déterminer le diamètre du cheveu. Détailler vos calculs. 9. Le résultat obtenu est-­‐il cohérent avec celui de la question 6 ? Terminale S – Sciences Physiques-­‐ TS-­‐O13-­‐TP determiner l’épaisseur d’un cheveu 2 TS-­‐O13-­‐TP determiner l’épaisseur d’un cheveu SESSION 2013
Granulométrie industrielle
2013/2014 Version 1
SUJET n°1
obligatoire
d (mm)
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18 x (mm
Rédiger de façon détaillée le protocole expérimental à mettre en œuvre pour déterminer la largeur inconnue
a de la fente (ou fil) utilisée précédemment. On utilisera la courbe d’étalonnage donnée ci-dessus.
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SESSION 2013
Granulométrie industrielle
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17APPEL N°2
Appeler le professeur pour lui exposer oralement le protocole expérimental
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ou en cas de difficulté
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Mettre en place le protocole expérimental en respectant les consignes de sécurité.
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Indiquer la ou les mesures effectuée(s) ainsi que les calculs nécessaires à la détermination de la largeur a
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inconnue
de la fente.
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6
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------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Rédiger le
demontage
façon détaillée
le protocole
expérimental
mettrelaensalle.
œuvre pour déterminer la largeur inconnue
Défaire
et ranger
la paillasse
avant de àquitter
a de la fente (ou fil) utilisée précédemment. On utilisera la courbe d’étalonnage donnée ci-dessus.
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