Habitat : Communication dans l'habitat Extraits de bac

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1 Exercice 1 STLB AG 2015 Le radar, élément essentiel de sécurité à bord d'un bateau. Nous en aborderons quelques principes ainsi que des aspects pratiques d'utilisation. 1. A l'aide du document D1 présenté en annexe, citer une situation de navigation pour laquelle l'utilisation d'un radar est indiquée. 2. D'après le même document, sur quel phénomène physique est basé le principe de la détection radar : la réflexion, l'absorption ou la transmission des ondes électromagnétiques? 3. Le texte évoque la fréquence et la longueur d'onde de l'onde électromagnétique émise par le radar. 3.1 Le document D2 présente un extrait de la brochure commerciale d'un radar de la marque Furuno. D'après ce document, quelle est la fréquence utilisée? 3.2 Préciser, à l'aide du document D3, dans quel domaine du spectre électromagnétique se situent ces ondes. 3.3 Énoncer la définition de la longueur d'onde d'une onde électromagnétique. 3.4 Donner la relation entre la célérité c d'une onde électromagnétique, sa longueur d'onde dans le vide l et sa fréquence f. Préciser l'unité de chaque grandeur. 3.5 La vitesse dans l'air des ondes électromagnétiques vaut 3,0 x 10 8 m.s -1. Al'aide des réponses aux questions 3.1 et 3.4, montrer que la longueur d'onde des ondes émises par le radar est de 3,2 cm. 3.6 En argumentant votre réponse à l'aide du document D1, indiquer s'il est possible de détecter, grâce au radar, la présence d'un bateau de longueur 10m. On s'intéresse à présent à l'utilisation du radar en navigation. L'écran de contrôle est «rafraîchi» périodiquement, c'est à dire qu'il change ce qu'il affiche dès que l'antenne a décrit un tour complet sur elle-même. 4. La vitesse de rotation de l'antenne peut être fixée à 24, 31 ou 41 tours.min -1. Parmi ces valeurs, quelle est celle qu'un navigateur devrait choisir s'il souhaite un rafraîchissement de l'écran toutes les 1,5 secondes environ? Justifier votre réponse. Le radar est un système qui consomme beaucoup d 'énergie. C'est pourquoi on peut le mettre en «veille» en arrêtant momentanément l'émission des ondes. Dans ce cas, pour continuer tout de même à assurer la sécurité à bord, on peut le régler pour qu'il s'allume à intervalles de temps réguliers, et émette des ondes pendant une minute avant de se remettre en veille. Si une cible est détectée pendant cette minute appelée «tour d'horizon», une alarme se déclenche et le radar repasse en mode normal. Plaçons-nous dans la situation suivante : de nuit, le voilier est quasiment à l'arrêt sur l'eau car il n'y a pas de vent. Il se trouve dans une zone de pêche où il peut croiser des chalutiers avançant à 10 nœuds (18,5 km.h -1 ) au maximum. Le navigateur ( en solitaire) souhaite dormir un peu. 5. En expliquant votre raisonnement ( éventuellement en y incorporant un schéma), déterminer quel intervalle de temps le navigateur doit choisir entre deux tours d'horizon du radar pour avoir le temps de réagir avant que le chalutier ne le percute. Données : - les valeurs possibles d'intervalles de temps sont:5, 10 ou 20 minutes ; - le radar est capable de détecter des cibles jusqu'à 5,0 km de distance. 1/6

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3 Exercice 2 STI2D AG 2015 Partie C : la technologie dans un appartement de la résidence. C.1 Chaîne de transmission de l information C est l aube et l occupant d un appartement de la résidence se réveille. Une fois levé, il se dirige vers un petit écran fixé sur l un des murs de son salon. Cet écran lui permet d avoir accès à sa consommation énergétique afin de mieux la gérer. Il peut notamment y lire la température à l intérieur des différentes pièces du logement, grâce à plusieurs sondes de température. Le schéma ci-dessous résume la façon dont est traitée l information pour afficher la température d une pièce sur l écran de contrôle : Une documentation du capteur de température est donnée sur le document ressource n 9. C.1.1 Calculer la sensibilité du capteur, notée «s», définie par la relation ci-dessous et préciser son unité : s= Δ U Δ θ 3/6

4 q : température en degrés Celsius ( C) U : tension analogique en volts (V) C.1.2 On donne la relation entre la tension U (en V) et la température θ (en C) : U = 1,25 + 0,25 x q Pour une tension U = 6,25 V en sortie du capteur, déterminer la température θ mesure correspondante. C.1.3 En tenant compte de la précision du capteur, déterminer un encadrement de la température réelle θ réelle dans la pièce à l aide des indications ci-dessous : θ réelle =θ mesure ±Δ θ Δθ = 0,5% de la plage de mesure (La plage de mesure est la différence entre la température maximale et la température minimale pouvant être mesurée par le capteur) On suppose que la tension de sortie du capteur est numérisée à l aide d un convertisseur analogique numérique 4 bits. On appelle N le mot binaire de sortie du convertisseur et N10 sa valeur décimale. Rappels sur les grandeurs numériques pour 4 bits : Expression générale : N = a3 a2 a1 a0 N10 = a a a a0.2 0 Exemple : N = N10 = = 5 La caractéristique de transfert du convertisseur est donnée ci-dessous : 4/6

5 C.1.4 Quel est le nombre de valeurs possibles du mot numérique N en sortie du convertisseur? C.1.5 Donner la valeur N10 et écrire le mot binaire N correspondant si la tension d entrée du convertisseur est U = 4 V. C.1.6 Le pas de quantification de ce convertisseur, comme indiqué sur la caractéristique, est de 625 mv. Cela signifie que la valeur affichée à l écran ne sera modifiée que pour une variation de tension au moins égale à ΔU = 625 mv. Déterminer la variation de température correspondante Δθ, et commenter l influence de cette valeur sur la précision de l affichage. C.1.7 Avec un convertisseur analogique numérique fonctionnant sur 8 bits, le nombre de valeurs possibles du mot numérique N est 2 8 = 256. En déduire Δθ, et justifier que la précision est améliorée. Exercice 3 STLB Métropole 2013 COMMUNICATION ET ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES Le pilote du scooter possède un casque équipé d un système de communication bluetooth avec son passager. Document 13 Extrait de la notice du kit de communication du pilote du scooter Document 14 Descriptif de la technologie bluetooth 5/6

6 Document 15 Spectre des ondes électromagnétiques Donnée : célérité des ondes électromagnétiques dans l air : c = 3, m.s Décrire succinctement la structure d une onde électromagnétique. 2. Repérer dans le document 15, le type d onde électromagnétique utilisée dans la technologie bluetooth. 3. Justifier un intérêt du choix de la technologie bluetooth dans la communication entre le pilote et son passager en commentant la phrase du document 14 : «Les appareils communiquant par bluetooth ne nécessitent pas de ligne de vue directe pour communiquer, contrairement à ceux qui utilisent une liaison infrarouge.» 4. En utilisant les documents 13 et 14, la classe du kit de communication du pilote du scooter vous paraît-elle convenir à l utilisation qui en est faite? 5. Le kit intègre une antenne. Il existe plusieurs sortes d antennes dont l une est appelée antenne quart d onde : Cette appellation «quart d onde» signifie que la longueur L de l antenne est égale au quart de la longueur d onde : L= λ 4. Quelle doit-être la longueur L d une antenne quart d onde dans la technologie bluetooth? Cette longueur vous paraît-elle acceptable? 6/6