TP 4 Utilisation de la diffraction

Chap 3 : Propriétés des ondes
TP 4
Utilisation de la diffraction
Objectifs:
 Pratiquer une démarche expérimentale visant à étudier et utiliser le phénomène de diffraction dans le
cas des ondes lumineuses.
A qui appartiennent les cheveux retrouvés sur le lieu du crime ?
Rappels des faits :
Rentrée de septembre : nouvelle année scolaire, nouvelles mesures au lycée et surprises en tout genre…
Et une surprise de taille attendait les personnels des laboratoires : le corps
d’Yves APABIEN, professeur tant aimé de ses élèves, a été retrouvé
inanimé à côté de la salle 104. Près du corps, de nombreux indices sont
relevés..
L'I.N.P.S (Institut National de Police Scientifique) et sa section « Documents
et traces » est chargée d’examiner et de comparer diverses traces :
chaussures, empreintes, salives, cheveux …
Suite à l’établissement de la liste des suspects, différentes informations ont été recueillies sur ces personnes
(Groupe sanguin, relevé d’empreintes digitales, échantillons de cheveux etc…). La section « Documents et
traces » a analysé les cheveux conservés en tant que pièces à conviction et fournit le tableau suivant aux
enquêteurs :
Mobile du
crime
Epaisseur
des
cheveux
ALPHABETE
Anne
Elève
1m55
En fuite
Vengeance
60 µm
TERATURE
Elie
Professeur de
français
1m90
Jalousie
professionnelle
110 µm
FRECHE
Fleur
Parente
d’élève
Fleuriste 1m80
Vengeance
40 µm
JOINT Serge
Agent
d’entretien
1m85
Problème
d’argent (poker)
140 µm
BIDEAU
Lalie
Maîtresse
1m70
APABIEN Eve
Rupture
Jalousie
amoureuse
80 µm
Epouse
1m55
45 µm
Les cheveux de la victime ont également été analysés : 115 µm de diamètre.
Les cheveux retrouvés sur la scène de crime viennent d’être déposés au lycée avec la note ci-jointe :
A l’attention des lycéens en charge du dossier APABIEN
La police scientifique, a découvert des cheveux sur les lieux du crime.
Malheureusement, le département « Documents et traces » est actuellement dans l’incapacité de déterminer
rapidement l’épaisseur de ces cheveux et de les comparer aux cheveux récupérés sur les suspects, dans la
mesure où notre microscope est défaillant.
Sachant que votre lycée dispose d’un laser et de fils d’épaisseur connue, la police scientifique fait
logiquement appel à vous pour faire parler ces cheveux inconnus...
Merci de nous transmettre votre compte rendu d’expérience le plus rapidement possible.
Cordialement,
La section « Documents et traces »
 A l’aide de vos connaissances, proposer un protocole expérimental pour répondre à la demande de la
section Documents et traces. Vous serez pour cela amenez à exprimer une loi physique.
 Précautions de sécurité :
On dispose d’une source LASER de longueur d'onde  = 650 nm. Celle-ci produit un faisceau
lumineux très directif, donc très énergétique, susceptible d’altérer la rétine de manière irréversible.
Il ne faut jamais regarder directement le faisceau de lumière d’un LASER ni placer sur son trajet des
objets réfléchissants (miroir, montre, etc…)
Chap 2 : Caractéristique des ondes
TP 4
Utilisation de la diffraction
Correction
On sait que quand on place un obstacle sur le trajet d'une onde lumineuse, la lumière est diffractéee. De
plus, la forme de la figure de diffraction obtenue sur un écran dépend de la dimension de l'obstacle.
Nous allons étudier la figure de diffraction obtenue par le passage d'une lumière laser sur le cheveu de la
victime.
Schéma du montage et grandeurs utiles :
L'angle  en radian correpond à l'écart angulaire
entre le milieu de la tâche centrale et la première
extinction (zone noire).
. Or  est petit, donc tan  . La relation
s'écrit alors :
mètre.
(1) avec  en radian, d et D en
Lien entre a et  :
Il faut maintenant déterminer le lien existant entre l'épaisseur du fil a et l'écart angulaire .
Pour cela, on établi une courbe d'étalonnage avec des fils différents de diamètres connus.
 est calculé par la mesure de d et D, a est lu sur le fil.
On obtient une fonction inverse (du type f(x) = 1/x) quand on
trace  = f(a). Il faut donc tracer
, fonction linéaire.
On constate que le coefficient directeur est égal à , longueur
d'onde du laser.
Donc,
(2).
En combinant (1) et (2), il vient :
Epaisseur du cheveu du coupable :
Il faut mesurer D et d avec le cheveu trouvé sur le lieu du crime, pour déterminer a.
Conclusion :
La diffraction permet de mesurer indirectement des objets de petite taille. On mesure en effet la largeur des
tâches (de l'ordre du centimètre) pour accéder à la taille de l'objet (de l'ordre du micromètre ou moins).
Cheveu 1 : 60 m
Cheveu 1 : 140 m
Cheveu 1 : 80 m
Nom
professeur :
du Matière :
Classe :
Physique
TS
N Massé
Date :
Salle :
Horaires :
Nombre
d’élèves/binômes* :
Date de restitution de cette fiche
au technicien :
Technicien préparateur exposé :
14
TP
Expérience
prof *
Quantité :
/ Titre :
TP 4 Diffraction : épaisseur d'un cheveu
Besoins en matériel:
7
Salle info avec Regressi
7
LASER + alim
Fils étalonnés (le plus possible) montés sur support
7
3 cheveux montés sur support (cf MPS-Marielle)
7
Support élévateur
14
Potence + pince + noix
7
Ecran calque
7
Règle graduée
7
Rallonges électriques
Nom
des
chimiques
Produits
Concentration
et Phrase
volume
total risque et
demandés
sécurité
de Produit
de dangereux ?
(art R4411.6)
Recherche de
substituant ?
Protections :
◊ Gants
◊ Lunettes
◊ Hotte
◊Masques
Déchets chimiques : (Cocher les cases correspondantes et préciser le volume estimé)
◊ Acides ORGA
◊ Bases ORGA
◊ Oxydants
◊
Composés organiques chlorés
◊ Acides MINE
◊ Bases MINE
◊ Sels métalliques
◊ Composés
organiques non chlorés
◊ Acide Nitrique
◊ Ammoniaque
◊ Déchet spécifique : DNPH
NB : Merci de bien vouloir remettre cette fiche 7 jours avant au technicien de laboratoire.