Niveau : Prérequis : Biblio : LP 01 : Thème : L Univers. Analyse de la lumière provenant des étoiles. 2nde - Propagation rectiligne de la lumière (collège) - Valeur de c (1er chapitre 2nde) - Dulaurans 2nde, Parisi 2nde, Prévost 2nde, Belin Introduction : Dans le premier chapitre de thème sur l Univers, on a vu que la lumière se propageait à vitesse finie c. On peut mesurer des distances en années de lumières. Voir loin, c est voir dans le passé. Maintenant, analyse de cette lumière. I. Analyse du spectre de la lumière 1) Lumière monochromatique et lumière polychromatique Prévost p.126; Dulaurans p.31 Expérience : Décomposition lumière blanche, lampe à vapeur de mercure (pour ne pas assimiler lumière polychromatique et lumière blanche) et lumière laser par un prisme (mettre schéma du montage sur transparent) Flexcam : Prévost p126 Le spectre de la lumière blanche est continu. Définition de lumière mono et polychromatique, de radiation (λ), spectre du visible sur transparent. Oeil humain sensible entre 400 et 800 nm. 2) Spectres continus et température Dulaurans p.31 Expérience : spectre d une lampe QI plus ou moins intense. Flexcam : Prévost p 142 (spectre d une lampe à incandescence). Explications. Rayonnement thermique. Spectre d un corps chaud dépend de la température. 3) Spectres de raies : émission et absorption Dulaurans p.32; Prévost p.142 Flexcam : montrer spectre d'absorption de raie carspectres de bandes pas au programme Raies colorées sur fond noir = émission, raies noires sur fond coloré = absorption. Définitions sur transparent, rappel : une espèce n absorbe que les λ qu elle peut émettre, cela permet l identification d une espèce. (exp solution rouge, plus que du rouge) Expérience : spectre de raie de lampe à vapeur de Hg Transition : les astrophysiciens étudient la lumière des étoiles. 4) La lumière, messagère des étoiles Dulaurans p33; Prévost p.144; Parisi p255 Flexcam : Dulaurans p33 Spectre du soleil. Exemple d analyse dans Parisi p255 barre correpondent aux différents atomes. Spectre d une étoile = spectre de la lumière blanche + raies sombres. Profil spectral (intensité lumineuse en fonction de λ) qui montre une baisse d intensité pour certains λ. Température de surface de l étoile liée à λmax (si T augmente, λmax diminue), tableau sur transparent pour certaines étoiles. Analyse de la lumière d une étoile. T surface et composition, application au soleil (Dulaurans p33). Transition : Quels phénomènes se produisent lorsque la lumière entre dans l atmosphère? II. Réfraction et dispersion de la lumière 1) Réfraction de la lumière Dulaurans p.45; Prévost p.127 Expérience de mise en évidence : laser dans un bac d eau, tracé du rayon incident et réfracté. Mise en évidence du rayon avec craie. La lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène, ici elle est déviée au changement de milieu. Définition de réfraction sur transparent. Schéma avec rayon incident, réfracté, normale, angle d incidence, angle de réfraction au tableau. Définition d un indice de réfraction du milieu + quelques valeurs sur transparent (Dulaurans). L indice de réfraction varie selon λ (on y reviendra plus tard). 2) Les lois de Snell-Descartes Dulaurans p.45; Prévost p.127 Première loi : rayon incident, réfracté, normale dans le même plan. Expérience : Mesure de i1 et i2 pour différentes valeurs de i1 avec un laser, tracé de sin(i1)=f(sin(i2)) (attention, la pente de ma droite était fausse et pas linéaire pr i1>50 ). Deuxième loi : n1sin(i1)=n2sin(i2). 3 cas sur transparent : i1 = 0, n1<n2, n1>n2. Application : (Prévost) calcul de i2 à partir de i1, n1, n2. 3) Le prisme, un milieu dispersif Dulaurans p.46; Prévost p.128 Définition de dispersion sur transparent, tableau avec n pour différents λ, le prisme est un milieu dispersif : explique décomposition de la lumière. Retour sur ce qu'on a montré. Flexcam : image prisme Dulaurans p46 4) Réfraction de la lumière dans l atmosphère terrestre Arc-en-ciel : schéma sur transparent avec 2 réfractions dans goutte d eau ( Dulaurans p44). Soleil déformé lorqu il se couche. Dulaurans p.47 Flexcam : doc 9 p 47 Dulaurans Conclusion : Lumière venant des étoiles, dans l espace, et lors de la traversée de l atmosphère. On verra en 1ère plus de précisions sur cette lumière, et une étude plus précise de l optique.
Niveau : Prérequis : Biblio : LP 02 : Thème : La santé : ondes et diagnostic médical 2nde - Electricité (tension, ériode, fréquence, utilisation de l'oscillo) - Lumière (propagation, lois de Snell-Descartes) Dulaurans 2nde, Micromega 2nde, Sirius 2nde, La physique par les objet quotidien Ray et Poizat Introduction : But du diagnostic médical : avoir accès à des informations sur le fonctionnement normal ou anormal de notre corps (ex : pour les femmes enceintes, faire une échographie etc.) Il existe plusieurs techniques pour avoir accès à ces diagnostiques. Dans cette leçon on va essayer de comprendre comment ça marche. Il va s agir de recueillir et d analyser des signaux qui peuvent être de différentes natures : signaux ultrasons, signaux électriques Ces signaux peuvent être émis naturellement par le corps (diagnostic passif), ou peut être provoqués à l aide d un système extérieur (diagnostic actif ). I. Diagnostic médical passif 1) A l'aide de signaux électriques ECG et EEG Corps produit des signaux électriques qui peuvent être récupérés par les médecins par deux grandes techniques :Electrocardiogramme (ECG), électroencéphalogramme (EEG) Micromega p.14 ECG : Principe : analyse de signaux liés à l'activité cardiaque. Contraction du coeur. Obtention avec des électrodes sur le corps du patient. Sirius p.60 Qu'obtient-on? Analyse d'un ECG Dulaurans p.156 Notion de physique : Microméga p.14 Caractéristiques : phénomène périodique, période, fréquence, tension max et min. Faire schéma. Calculs sur ECG. Si le patient fait un efffort, ça change! Dulaurans p.160 Expérience : Visualisation d'un signal périodique. GBF+Oscillo, prise plusieurs périodes avec curseur, calcul période, fréquence. Montrer d'autrs signaux créneaux, triangles. Utilisation : diagnostic de problème cardiaque, tachycardie, test à l'effort. EEG : Principe : même principe mais enregistrement de l'activité neurolnale -> plus complexe Dulaurans p.156 Qu'obtient-on? EEG Dulaurans p.156 Utilisation : permet de diagnostiquer des lésions cérébrales, des troubles du sommeil Idée : ligne directrice d'un diagramme avec les fréquences utilisées pour montrer à la fin qu'on a balayer tous les types de fréquences. Transition : on a étudié un signal électrique, on va s'intéresser mnt à la propagation d'ondes sonores 2) A l'aide d'ondes sonores : stéthoscope Principe : onde sonore Microméga p.24 Notion de physique : Notion d'onde, définition, exemples Micromega p.42, Sirius p.77 Expérience : haut-parleur sur générateur -> son. Microphone : on récupère le signal électrique, périodique. Cractéristiques : sources et fréquences des ondes sonores. Analyse signaux exp : signaux émis et reçus se superposent : même fréquence. Tout point atteint par l'onde est siège d'un phénomène périodique de même fréquence que la source. Gamme de fréquence : sons, ultrassons, infrasons. Milieu de propagation : mileiux matériels. Expérience : cloche à vide, émetteur +sonomètre, avec vide atténuation. Vitesse de propagation du son : valeurs eau, air, rappel formule Utilisation : Stéthoscope : permet d'écouter les sons produit par le corps, diagnostic arythmie. Axe récap fréquence Transition :on vient d'étudier l'analyse des techniques des signaux émis par le corps, il existe d'autres techniques qui soumettent le corps à un signal extérieur et qui analyse la réponse. II. Diagnostic médical actif 1) A l'aide d'onde sonore : échographie Principe : domaine des ultrasons, une sonde échographique est à la fois un émetteur et un récepteur Sirius p.78 Notion de physique : Principe de l'échographie : Dulaurans p.172, onde ultrasnnores réfléchie par des obstales (ex: tissus humains) accès à différents paramètres : - durée de l'aller retour : données sur la distance, la forme, la taille. Expérience : Emetteur à ultrasons + récepteur lié à l'oscillo + obstacle (représente interface entre deux milieux) -> réflexion partielle, calcul de la distance entre l'émetteur et l'obstacle + calcul d'incertitude, vérifiacation à la règle. -> on a bien une mesure de distance. - intensité du signal : Contraste sur l'échographie? Expérience : mousse devant l'émetteur : atténuation schéma Dulaurans p.170 : nature du mileu traversé Utilisation : diagnostic de tumeur ou image pré-natal, image échographie
Axe récap de fréquence Transition: suivi également avec une autre sorte d'ondes : les ondes électromagnétiques 2) A l'aide d'ondes électromagnétiques Fibroscopire et radiographie Principe : corps qui chauffe -> onde électromagnétique. Notion de physique : propagation dans les milieux matérieux et dans le vide Différentes sortes de fréquence : domaines Visible Domaine de fréquence, milieu de propagation (milieux mat et vide), vitesse de propagation (dans le vide, dépendance du milieu, définition de l indice de réfraction ) Expérience : cloche à vide : on voit tjs la lumière Comment peut-on les utiliser pour établir un diagnostic? Comme vu précédemment, les OEM vont être soumis aux phénomènes de réflexion et réfraction. Rappel lois de Snell- Descartes. Dulaurans p.172 Expérience : lumière laser sur plexiglas, mise en évidence du rayon réfléchit et transmis. Possibilité même de réflexion totale. Expérience : fibre optique, réflexion totale le long de la fibre optique qui sert de guide aux ondes lumineuses. Utilisation : fibroscopie : intérieur de l'organisme, diagnostic de tumeur Rayon X : on émet des rayon X qui sont transmis différemment selon le matériau rencontré. Image Dulaurans p.158 Utilisation : diagnostic de fracture Axe récap de fréquence Conclusion : tableau récap, liste non exhaustive. Exemple de l IRM, diagnostic à l aide d analyses chimiques (analyses sanguines par exemple cf chapitre d après!!).
LP 3 : Thème : la pratique du sport. Actions mécaniques, effets d'une force sur le mouvement d'un corps Niveau : Pré-requis : Biblio : 2nde -poids, masse : 3e -somme vectorielle, collège -notion sur le mouvement (trajectoire, vitesse, référentiel) 2de Sirius, Dulaurans, Micromega, Parisi + Pérez, Hecht, Belin, Parisi Introduction : Hecht p.116, Dulaurans p.248, Microméga p.156 Dans les précédents cours : nature du mouvement. Aujourd hui on va s intéresser aux causes et au modification en prenant l exemple du sport. Historique (Aristote, Galilée, Newton). Nous allons notamment comprendre pourquoi les joueurs de curling balaient la glace devant le palet (photo à la flexcam Belin p.173) ou encore pourquoi la masse d'un ballon de rugby est réglementée. I. Des actions mécaniques aux forces 1) Notion d'action mécanique Dulaurans, Parisi Action mécanique : ex taper dans un ballon, déformer un arc, soulever des haltères Dulaurans Défnition («un corps A exerce une action mécanique sur un corps B si mise en mouvement, déformation ou modification du mouvement) Parisi Comment les décrire? Préciser qui exerce l action, qui la subit. Ex sur un ballon de foot Dulaurans. Système, action mécanique : pied sol. Remarque : insister sur le système Expérience : je tiens mon stylo (action de contact exercée par ma main) et je le lâche (action à distance exercée par la Terre). => Sur le ballon de foot il y a une autre action mécanique exercée par la terre! Classement action à distance et action de contact. Transition : comment va-ton pouvoir modéliser ces actions? 2) Modélisation des actions mécaniques : notion de forces Dulaurans, Sirius, Microméga *Modélisée par une force, grandeur vectorielle => une force ne caractérise pas un objet mais une action mécanique *Caractéristiques d'une force : -valeur : s exprime en Newton (N). Mais ne suffit pas ex -direction -sens -point d application *Exemple : après avoir tapé dans le ballon de rugby il sera en l air. Sur lui s exercera le poids (qu ils ont vu un peu plus tôt dans l année) : direction, sens, point d application, norme + AN pour le ballon (m=430g). Sirius p.218+ Microméga p.155 pour masse du ballon. Ou Parisi balle de golf. *Expliquer la différence entre «force» dans le langage commun (un sportif est fort ) et «force» en physique (modélisation d une action) Microméga. 3) Forces usuelles en physique Parisi Forces, exemple lié au sport, classement de contact ou à distance : - Poids ex sur ballon déjà vu - Réaction d'un support, ex - Forces de frottements, ex parachutiste. - Forces pressantes ex plongeur Transition : on vient de voir comment modéliser des actions mécaniques grâce à des forces. C est l ensemble des forces qui nous permettront de comprendre le mouvement d un système. Pour cela on doit apprendre à faire des bilans de forces II. Bilan des forces et principe d'inertie 1) Corps au repos Dulaurans, Sirius, Microméga. Remarque : insister sur le système Ex pierre de curling immobile, détail des forces. Somme vectorielle nulle => on dit que les forces se compensent. Ex mobile autoporteur immobile. T : comment savoir si des forces se compensent? Microméga. Application : Expérience : mesure d une force : dynamomètre. Transition : Mais un corps soumis à des forces qui se compensent n'est pas forcément immobile. 2) Corps en mouvement Si le palet de curling était en mouvement Expérience : mobile autoporteur avec vitesse initiale. Explique pourquoi coussin d air (pas de frottement). Bilan des forces : elles se compensent et pourtant pas immobile! On filme le mouvement. On fait l exploitation sur cinéris en direct (origine axe, origine temps, échelle, pointage positions successivbes,tableur => valeurs) Sous excel tracé de v(t) et x(t) => mouvement de translation rectiligne uniforme..
Transition : Ceci nous amène à formuler le ppe d inertie. 3) Principe d'inertie Parisi, Sirius, Microméga. Historique (Galilée, Newton) Enoncé. Attention, le principe d'inertie n'est valable que dans certains référentiels (terrestre, géocentrique) dits galiléens. Application au curling (ils balaient pour enlever les frottements), parachutiste : au bout d un moment les frottements et le poids se compensent et TRU -Ouverture : Lors de la pratique du sport, l'organisme a besoin d'apports alimentaires pour compenser les pertes dues au métabolisme et à l'effort. Ceci s'accompagne de réactions chimiques et de transformations physiques, ce qui est l'objet du prochain chapitre. OU : autres lois de Newton, autres forces Transition : Et si les forces ne se compensent pas? III. Effet d'une force sur le mouvement 1) Effets sur la trajectoire Dularaurans Une force peut modifier la trajectoire. Ex smash au volley : faire un schéma avec les forces. Modification de la trajectoire. Somme vectorielle non nulle => mouvement pas rectiligne uniforme. 2) Effets sur la vitesse Ex service au tennis : on fait rebondir la balle. Que se passe-t-il pour la balle? Parachutiste avant d avoir ouvert son parachute, que se passe-t-il? Manip : chute balle de tennis + Cinéris, courbe de la vitesse tracée en préparation, on voit que la vitesse augmente sous l'effet de la force exercée par la Terre => Dulaurans changement de vitesse, mise en mouvement, arrêt du mouvement + exemple Bilan : Flexcam (effet d une force = mise en mouvement, modification du mouvement, arrêt du mouvement) 3) Influence de la masse d'un corps Expérience : ventilateur + deux billes de rayon environ égal mais de masse différente (balle de ping-pong + balle en fer ou bois ) L'effet d'une force sur le mouvement dépend de la masse (effet plus important si plus léger). Notion d'inertie. Exemples : Comparaison palet de curling (20kg) et palet de hockey (200g) Parisi réglementation de la masse du ballon de rugby (pas trop lourd pour ne pas trop avoir d'effort à fournir pour le lancer vite et loin, mais pas trop léger sinon il subit l'influence du moindre souffle d'air Microméga. Conclusion -Bilan.
LP 4 : Gestion de l'énergie dans l'habitat : Energie et puissance électrique, transport et distribution de l'énergie électrique, protection contre les risques de courant électrique Niveau : Pré-requis : Biblio : 1STL Notion d'intensité et tension, branche, noeuds, dipôle (4ème) Notion d'énergie et de puissance électrique (3ème) 1STL /1STI2D Nathan, 1STL/1STI2D Hachette (ordre de grandeurs), Dulaurans 1èreS (expérience), Pérez électricité Introduction : Chez vous, pour faire fonctionner tout ce que vous utilisez au quotidien, comme la cuisinière, le réfrigérateur, le radiateur, la télévision... vous avez besoin d'énergies qui proviennent soit du gaz, électricité, fioul, GPL... Dans cette leçon, nous allons particulièrement nous intéressées à l'énergie électrique. Celle-ci sert notamment pour le chauffage, les électroménagers, l'audiovisuel... Nous allons voir sous quelle forme l'énergie électrique est transformée par un appareil électroménager et comment évaluer la puissance utilisée. Pour comprendre ceci, il faut tout d'abord un peu revenir sur des notions que vous avez déjà vu en 3ème, dans un circuit électrique. I. Energie et puissance électrique 1) Circuit électrique, tension et intensité Définition tension, intensité, loi de mailles, loi des noeuds, convention récepteur, générateur. Circuit inventé pour vérifier loi des mailles Expérience : vérif loi des mailles Observation sur oscillo tension continue, tension sinusoïdale car on a pris des valeurs en continue mais attention chez nous sinusoïdale. 2) Energie et puissance électrique Définition puissance électrique, énergie électrique, bilan énergétique, effet Joule. 3) Dipôle actif et passif Définition dipôle actif, dipôle passif : résistance, bobine, condensateur Transition : Energie électrique ne se stocke pas. Pourtant, elle est toujours disponible, en toute saison, et à tout moment de la journée. Elle emprunte un réseau de lignes aériennes et souterraines que l'on peut comparer au réseau routier. II. Transport et distribution de l'énergie électrique 1) Organisation du réseau Transparents avec organisation du réseau. Expérience : basse tension, proche et loin, pris de tension, intensité, calcul de puissance ---> perte en ligne importante,---> utilisation de la haute tension 2) Utilisation de la haute tension Utilisation de tensions et de courants alternatifs sinusoïdaux. Dissipation de l'énergie par effet Joule. Ce sont des pertes en lignes, on peut les évaluer : PJ = R*I². Diminuer résistivité des lignes, augmentation tension Bien rappeler qu'on est en sinusoïdale, facteur de puissance. Transition : Mais comment on peut passer d'une basse à une haute tension et réciproquement? 3) Rôle du transformateur électrique Schéma et explication élévateur de tension, abaisseur de tension Transition : hautes tensions--> dangers des tensions et des courants III. Protection contre les risques de courants électriques 1) Les dangers de l'électricité Effet physiologique du courant électrique Seuil de dangerosité des tensions 2) Dispositifs de protection Fusible, disjoncteur, disjoncteur différentiel avec une prise de terre Conclusion : Bilan. De nos jours, on a de plus en plus d'appareils électroménagers à la maison, ce qui améliore notre qualité de vie mais augmente considérablement note consommation énergétique. On essaye donc aujourd'hui d'améliorer notre maîtrise de l'énergie grâce à l'isolation des maison pour éliminer des pertes d'énergie thermique ou encore en produisant de l'énergie grâce à des panneaux solaires par exemple, c'est ce qu'on appele le développement durable et que l'on verra dans une prochaine leçon. Matériel pour exp : générateur de tension continue - fusible 2 lampes 6V - oscillo 2 multimètres - GBF maquette ligne haute tension (avec les deux transfo, une petite lampe) disjoncteur
Niveau : Pré-requis : Biblio : LP 5 : Confort acoustique dans l'habitat 1STL Notion de base sur la lumière (célérité), notion sur l'énergie 1STL /1STI2D Nathan, 1STL/1STI2D Hachette (ordre de grandeurs), Dulaurans 1èreS (expérience) Introduction : Chapitre précédent : On peut gérer le transport et le stockage de l'énergie au sein de l'habitat. Avec augmentation de la densité de populations dans les villes, pollutions sonores, comment s'en isoler? I. Nature et propagation du son 1) L'onde acoustique T : définition : onde acoustique : onde de compression-dilatation sans transport de matière qui correspond à un transport d'énergi. Expérience : illustrer onde de compression-dilatation avec un ressort Hachette p.176 Propriétés : Expérience : buzzeur faisant du bruit, sous cloche à vide, on entend toujours, on fait le vide dans la cloche => moins de bruit, on remet de l'air, plus de bruit. => L'onde acoustique se propage dans les milieux matériels. Elle se propage dans les solides, les liquides, les gaz mais pas dans le vide. Sources d'ondes sonores : voix (cordes vocales), diapason (exp), cordes de guitares 2) Grandeurs caractérisant l'onde acoustique Expérience : diapason avec micro dans la caisse de résonnance, capteur qui donne la tension au cours du temps sur oscillo. => on obtient un signal sinusoïdal, périodique. Explication du montage : notion de transformation de l'information : on récupère une information sous forme mécanique (pression) et on transforme ça en info électrique qu'on lit sur l'oscillo. * Signal périodique : période et fréquence T : définition : période : plus petite durée au bout de laquelle la pression acoustique se répète de façon identique à elle-même en un point du milieu. T en s Tableau : notion de fréquence : nombre de battement/durée (s) exprimée en s-1 = Hz de trois périodes/battement. AN, calculs d'incertitude, d'erreur relative %! + essai avec une autre son (autre diapason?) pour montrer que quand le son change, la fréquence change. Plus la fréquence augmente, plus le son est aigu, notion de hauteur du son. * Longueur d'onde T : définition longueur d'onde : c=λ/t où λ: longueur d'onde. * Célérité du son Expérience : mesure de la vitesse du son dans l'air. Avec GBF en impulsion. On ajoute un point sur une droite expérimentale faite en préparation. Calculs d'incertitudes? La vitesse de propagation des ondes acoustiques dépend du milieu de propagation et de la température. T : dépendance de la vitesse du son avec le milieu. Application : quand il y a de l'orage entre la vision d'un éclair et le bruit de la foudre. Distance d'un orage. Transition :Transport d'énergie mais quelle est la relation entre le son et l'énergie? II. Son et énergie 1) Définitions * Intensité sonore : I = P/S, unités Oreille : 10^-12 W.m-1 < I < 1 W.m-1 * Niveau sonores : L = 10*log(I/I0) où I0 : intensité de référence. L en db. Donner les propriétés du log sur transparent. Additivité, log(2) =3, log(1)=0 Remarque : échelle logarithmique adaptée à la réponse de l'oreille qui n'est pas linéaire. Mesuré à l'aide d'un sonomètre Expérience : mesure du niveau sonore de sa voix avec un sonomètre. L non additif. Justification avec petit calcul. 2) Un capteur particulier : l'oreille humaine Flexcam : graphe avec niveau sonore en fonction de la fréquence du son. Hachette p.161 Seuil de détection du son à 5000 Hz + seuil de douleur : 120 db Contrainte de fréquence. Oreille : 20 Hz < f < 20 khz. Transition : comment peut-on se protéger du son? Expérience : détermination de la fréquence émise par le la. Etude sur oscillo avec prise
III. Phénomènes de réflexion, transmission, absorption d'une onde sonore 1) Description des phénomènes T : Schéma-description-définition sur transparent. Nathan p.56 Définitions des coefficients : r, a, t. Ii = Ir + Ia + It en divisant par Ii on obtient : 1 = r + a+ t : conservation de l'énergie. 2) Principe de l'isolation acoustique et correction acoustique Problématique d'isolation, qualité de la propagation du son Il faut limiter la quantité acoustique qui va sortir de la pièce. Il faut que T soit le plus petit possible ~0. 3 lois de l'acoustique : Hachette p.163 T : Loi de masse : cloison lourde isole mieux (béton mieux que plâtre) Loi de masse/ressort/masse : schéma (flexcam) ex :double vitrage. Vitrage : T = ; double vitrage : T =... => on a diminué T! Attention aux ordres de grandeurs. Loi de l'étanchéité => pas de trous. On suppose, T~0 d'où R + A = 1 2ème pb, on veut limiter les phénomènes de réflexion. => on veut A=1 On veut utiliser des matériaux qui seront des bons absorbants Expérience : détermination du matériau qui est le plus absorbant : mousse, feuille, fer, polystyrène... selon ce qu'on a. Montage : GBF, générateur et émetteur d'ultrason, on regarde signal en entrée et signal reçu, on intercale les différents matériaux et on regarde l'atténuation. Essayer avec générateur et récepteur côte à côte pour étudier l'atténuation de l'onde réfléchie? Hachette p.183 Exemples : moquettes, mousses, polystyrènes (A=0,8) Conclusion : Bilan. Utilité en architecture quand on cherche à maximiser la qualité du son. Matériel pour exp : cloche à vide + moteur + buzzeur oscillo GBF diapason + capteur + micro Emetteur-récepteur à ultrason
Niveau : Pré-requis : Biblio : LP 6 : Observer : couleurs et images L'oeil 1 ère S rayons lumineux (4e), propagation rectiligne de la lumière (4e), lois de Snell-Descartes (2nde) Microméga + livre du prof (1ère S), Dulaurans (1ère S), Sirius, Pérez, Hecht Introduction : Sciences physiques = sciences expérimentales. Elles reposent sur l expérimentation et l observation pour ensuite pouvoir construire des modèles. L'oeil est notre premier instrument d'observation. Dans cette leçon, on va essayer de voir comment on peut modéliser l'oeil pour comprendre son fonctionnement et comparer ce fonctionnement avec le fonctionnement d'un autre appareil optique qu'on utilise aussi souvent : l'appareil photo. Dulaurans introduction p.8 et 14 I. Formation d'une image 1) Description de l'oeil L'oeil humain : Transparent : Anatomie de l'oeil humain Pérez p.58+ Sirius Description cornée, humeur aqueuse, cristallin, pupille, iris, rétine, humeur vitreuse. Donner indice optique. Compléter noms importants sur transparents. Dans la suite on se limite à pupille+iris, rétine, cristallin. Rôles respectifs Dulaurans p.17 Modélisation de l'oeil réduit : construit en dessous de l'oeil humain. Diaphragme, lentille convergente, écran. Expérience : modélisation de l'oeil sur banc optique. On voit objet inversé mais ce n'est pas grave car cerveau va interpréter l'image, la retourner. Jeu avec le diaphragme, règle la luminosité. Mais l'oeil n'est pas le seul que l'on peut modéliser de cette façon. Comparaison avec appareil photo. Dulaurans p.17 Transition : Comment marche plus précisément le cristallin et l'objectif pour l'appareil photo? 2) Les lentilles minces convergentes Définition lentille : rappel Micromega p.14 En 2 nd les lois de Snell-Descartes ont permis de prédire le changement de direction des rayons lumineux pour le dioptre plan. Pour les lentilles, on introduit le modèle des lentilles minces en se limitant aux lentilles convergentes. a) caractéristiques Symbole de la lentille. Def axe optique, O, F, F', distance focal (ordre de grandeur + valeur pour l'oeil) Micromega p.15, Dulaurans p.22 Expérience : Mise en évidence de ces caractéristiques sur tableau magnétique Transition : comment se forme une image? b) Formation d'une image Expérience : avec un objet quelconque, il n'y a qu'un endroit où on peut voir une image nette. Tracé des rayons lumineux à la règle à partir d'un objet AB, trois rayons caractéristiques. Attention : penser à mettre le sens des rayons, orienter l'axe optique. Introduction des notations algébriques. Micromega p.15-16 Définition : notion d'objet et d'image conjuguée. Transition : comment prévoir le sens et la taille de l'image? c) Relation de conjugaison Idée : trouver une relation entre OA et OA'. Expérience : Mesure d'un point en direct, d'autres points ont été mesurés en préparation. On trouve une relation entre 1/OA' et 1/OA. Relation de conjugaison, unités. Définition de la vergence. Unité, relation avec la focale (démo à partir de formule de conjugaison et objet à l'infini.) Plus la vergence est grande, plus la lentille converge. Définition du grandissement. Micromega p.17 Application : avec OA et C, on calcule OA' et grandissement. Expérience : Vérif exp et calcul d'erreur relative. Transition : on vient de voir qu'il y avait une position pour laquelle on voyait l'image nette et pour le reste c'est flou, si l'oeil et l'appareil photo sont modélisés comme on l'a dit précédemment, comment arrive-t-on à avoir des images netets à toutes les distances? II. Obtention d'images nettes 1) Oeil emmetrope et appareil photo Présentation maquette de l'oeil : distance entre le cristallin et la rétine ne change pas. L'oeil joue sur la vergence du cristallin. Dulaurans p.19, Micromega p.29 Expérience : Image pas toujours nette sur la lentille, on modifie la forme de la lentille avec seringue.+ livre du prof Phénomène d'accomodation, qu'on peut retrouver sur le modèle réduit en changeant la lentille.
Expérience : Micromega p.27 deuxième série + livre du prof L'appareil photo quant à lui peut changer la distance entre le capteur et l'objectif. Expérience : Micromega p.27 première série Il s'agit de la mise au point. Micromega p.28 Transition : L'oeil fonctionne de telle sorte qu'il n'a pas besoin d'accomoder pour des objets situés à l'infini. Pourtant on connaît tous quelqu'un qui ne peut pas voir de loin... 2) Défauts de l'oeil Sirius p.61 Hypermétrope : oeil trop court. Rétine trop proche du cristallin Myopie : oeil trop long. Rétine trop loin Correction de l'hypermétropie : il faut aider l'oeil à converger. On ajoute des lentilles convergentes. Exemple : Micromega p.35 ex 17 Conclusion : Bilan. La vision, c'est aussi voir les couleurs.
Niveau : Pré-requis : Biblio : LP 7 : Observer, couleurs et images : couleurs des objets et vision des couleurs 1 ère S Spectre de la lumière blanche, propagation rectiligne de la lumière, l'oeil, optique de base (lentille...) Micromega (1ereS), Dulaurans (1ereS), Sirius, Pérez, Hecht, Tout-enun PC Introduction : Dans la leçon précédente, nous avons vu comment l oeil pouvait percevoir des objets. Cependant nous ne nous sommes pas intéressés à la couleur de ces objets. Dans cette leçon nous allons essayer de comprendre comment l oeil perçoit les couleurs et expliquer divers phénomènes colorés. Expérience : poivron éclairé par une lampe bleue => En lumière blanche ce poivron apparaît jaune mais éclairé par cette lumière il apparaît noir. Quelle est donc sa couleur? Comment décrire la couleur d un objet? I. Vision des couleurs 1) Perception des couleurs Schéma de l oeil Pérez p.58 -> on a vu précedemment que l'image se forme sur la rétine. Puis analyse par le cerveau grâce à des photorécepteurs. Sur la rétine 2 types de cellules photo réceptrices : les bâtonnets (sensible à l intensité lumineuse) et les cônes (sensibles aux couleurs). On va s intéresser aux cônes. 3 types de cônes : rouges, verts et bleus, tracé de la réponse de chaque cône => la perception des couleurs par l homme utilise le principe de la trichromie. Dulaurans p.34 Transition : Comment peut-on à partir de trois couleurs voir toutes les autres couleurs? 2) Synthèse des couleurs a) synthèse additive Expérience : Mise en évidence de la synthèse additive avec trois lampes QI et trois filtres bleu, rouge, vert projetés sur un écran blanc. On peut obtenir une infinité de couleurs en superposant ces trois lumières colorées avec des intensités différentes. Définition de la couleur primaire. Cercle des couleurs de la synthèse additive. Dulaurans p.34 Micromega p.45 Transition : Expérience : avec de la peinture : rouge + vert ne donne pas orange et rouge+vert+bleu ne donne pas blanc -> autre synthèse de couleurs b) synthèse soustractive Expérience : Mise en évidence de la synthèse soustractive avec 1 lampe QI et trois filtres rouge, vert, bleu projeté sur un écran. (ne marche pas, expliquer avec un filtre l'un après l'autre) Phénomène d'absorption Expérience avec prisme : spectre de la lumière dispersée, avec ou sans filtres -> disparition de radiations colorées -> absorption. Cercle des couleurs de la synthèse soustractive. Application : couleurs à l'imprimante. Dulaurans p.34 Micromega p.45 Transition : quel est le lien entre les différentes couleurs primaires? c) Complémentarité des couleurs Deux couleurs sont dites complémentaires si : Dulaurans p.34 - leur synthèse soustractive donne du noir - leur synthèse additive donne du blanc Couleurs complémentaires : vert/magenta, rouge/cyan, bleu/jaune => étoile des couleurs Transition : On a compris comment l oeil humain détectait les couleurs. Mais de quoi dépend la couleur d un objet? II. Facteurs influençant la couleur d'un objet 1) Absorption, transmission, diffusion Interaction objet/lumière Définitions absorption, transmission, diffusion Objets colorés = sources de lumière secondaire (ex : lune) Premier facteur dont dépend la couleur d un objet : un objet ne peut absorber, transmettre et diffuser que ce qu il reçoit => la couleur dépend de l éclairage. Micromega p.45 Transition : Comment décrire physiquement la couleur? 2) Couleur spectrale, couleur perçue Un objet apparaît de la couleur complémentaire de celle qu il absorbe. Expérience : lampe avec filtre jaune + PVD => radiations rouge, jaune, vert Lampe à vapeur de sodium + PVD => une seule radiation jaune Distinction couleur perçue/ couleur spectrale. A une même couleur perçue peuvent correspondre plusieurs couleurs spectrales. Dulaurans p.35 Cas du daltonisme : défaut de l'oeil : la couleur perçue par le cerveau n'est pas la même
que pour un individu non daltonien. Sirius p.69 Dulaurans p.35 Flexcam : photo poivron daltonisme Bilan : la couleur d un objet dépend : Dulaurans p.35 - des phénomènes d absorption, transmission, diffusion - de l éclairage - de l observateur III. Explication de quelques phénomènes colorés 1) Restitution des couleurs par un écran LCD Explication fonctionnement écran LCD Micromega p.40, Dulaurans p.44 2) Couleurs du ciel Image Micromega p.46 Explication Hecht p.936 Mise en équation Tout-en-un PC p.640 Conclusion : Bilan. La notion de couleur est donc assez complexe. La perception des couleurs est subjective. On a pu expliquer quelques uns des phénomènes colorés de la vie courante. On peut également noter que la couleur de certains lieux ou de certains objets n est pas choisie au hasard. Ex : chirurgiens habillés en vert (pour permettre de «désaturer» les cônes rouges), gradins verts à Roland-Garros
Niveau : Pré-requis : Biblio : LP 8 : Observer, couleurs et images. Sources de lumière colorées 1 ère S Couleur d'un objet, lentille, vision d'un objet, spectre lumineux, effet Joule Micromega (1ereS), Dulaurans (1ereS), Hecht, Sirius (1ère) Introduction : Chap. Précédents : comment voir objet, couleur objet, dépendait de l'éclairage... Mais qu'est-ce qui émet de la lumière? Et de quelle façon cette lumière est-elle émise? Expérience : Spectre de la lumière blanche (lampe+filtre+fente+lentille+prisme+lentille+écran) -> spectre continue, même montage avec lampe à vapeur de mercure -> spectre de raies. Transparent avec schéma du montage. Définition source lumineuse : appareil produisant un rayonnement électromagnétique dans le domaine du visible Micromégas 1ere S p54 I. Sources de lumière colorées 1) Modèle ondulatoire de la lumière La lumière est une onde électromagnétique. Rappel : on a vu onde méca, électromagnétique. Def, caractéristiques onde : fréquence, vitesse de propagation, relation λ =c/υ + analyse dimensionnelle Domaines de rayonnement visible/uv/ir Flexcam Micromégas 1ere S p 52 Définition spectre visible Micromégas p52 Pour caractériser une source on réalise décomposition de la lumière + spectre Transition : Il existe différentes classifications des sources de lumière 2) Classification sources naturelles/artificielles Exemples : naturelles : soleil, étoiles, flamme artificielles : lampe à incandescence, lampe halogène, diode électroluminescentes, laser Micromegas p.54 source polychromatique/monochromatique Exemples : polychromatiques : soleil, étoiles, lampe à incandescence monochromatique : laser, DEL Dulaurans p.49 source chaude/froide C'est cette classification qui va nous intéresser aujourd'hui Dulaurans p.49 Transition : origine de l'émission? II. Emission de lumière par les sources froides 1) Modèle corpusculaire de la lumière - 1900 Planck + Echanges par paquets= quanta Chaque radiation transporte une énergie E = hν Dulaurans p 48+50, - 1905 Einstein explique cet effet par l interaction entre particules. Caractéristiques du photon. Explication de l expérience Hecht p.1124 + Micromegas p.65 Transition : Interaction électron/photon par échanges d énergie discret or électrons sont sur des couches d énergie donnée. Energie d un atome est aussi quantifiée 2) Quantification des niveaux d'énergies Sirius, Micromega, Dulaurans Vu en 2nde : électrons d un atomes répartis sur différentes couches. Chaque couche correspond à un niveau d énergie. Les niveaux d énergie de l atome sont donc quantifiés. De même, les énergies pouvant être échangées par un atome sont quantifiées. Définition état fondamental/état excité. Transition électronique pour passer d un niveau à l autre accompagné par l émission d un photon ou absorption 3) Interprétation de spectres de raies Lien entre énergie du photon émis/absorbé et énergie des niveaux liés à la transition. Explication des spectres de raies. Expérience : spectres raies lampes Hg et Hg/Cd/ On retrouve les raies de Hg dans spectre Hg/Cd donc spectre raies caractéristiques de l élément chimique. Schéma récapitulatif Transition : Soleil/étoiles pas d émission par excitation mais du fait que ce soit des corps chauds III. Emission de lumière par le sources thermiques Dépendance de la température. 1) Mise en évidence expérimentale Expérience : lampe QI et prisme à vision directe et influence de la température en changeant l'intensité. Spectres continus qui s enrichie vers le violet quand T augmente. Le spectre d émission d une source chaude dépend de la température et uniquement! 2) Loi de Wien Relation pour relier λ et θ : loi de Wien pour un corps chaud : le corps noir. Loi expérimentale. Hecht +Dulaurans p.49
3) Applications a) Température de surface d une étoile Tomasino p 64-65, Sirius p 76 Flexcam : Spectres lumière de Véga et Bételgeuse Calcul de T à la surface. b) Spectre solaire Flexcam : spectre solaire continu avec raies noires Micromégas 1ere S p71 Profil spectral sur transparents Hachette p 51 Calcul de T surface du Soleil avec λmax Explication raies noires Transparent spectre raies de H. Composition Soleil Micromégas 2nd p 237 Sirius p74 Température de surface du soleil : exercice d application. Mais profil spectral plus compliqué : spectre d émission continue avec raie sombre. Donc en fait, spectre d absorption aussi. Schéma. Explication. Donc on peut remonter à la composition chimique de l atmosphère du soleil. Conclusion : Transparent Bilan
Niveau : Pré-requis : Biblio : LP 9 : Comprendre, lois et modèles. Interactions fondamentales 1 ère S thème de l'univers 2 nd (gravitation, modèle de l'atome) Micromega (1ereS), Dulaurans (1ereS), Sirius (1èreS), Hecht Introduction : On a vu plusieurs échelles, ordres de grandeurs (galaxie, système solaire, terre, homme, molécule, atomes, noyau ) Dulaurans p.123 Rappel atomes, noyaux, protons, électrons, isotopes. Comment interagit la matière à ces différentes échelles? Définition de : interaction Sirius p.171 I. Interaction gravitationnelle 1) Expression de la force 1686, Newton : interaction gravitationnelle. * Représentation des forces d'interactions réciproques entre A et B. Fa/b = Fb/a, même direction, proté par la même droite, sens opposé. Expression de la force, unités, G constante gravitationnelle Sirius p.171 Newton montre que toute la masse des objets peut être rassemblée au centre de masse, c'est pourquoi on la dessine ponctuelle. * Caractéristiques : force attractive, valeur de G, portée infinie. * Expérience historique : Première mesures expérimentales de G par Henry Cavendish 1799. Description de l'expérience, Gexp. Calcul d'erreur relative pour comparer avec la valeur prise maintenant. Hecht p.242 (pas forcément nécessaire) 2) Ordres de grandeurs * Ordre de grandeurs : Terre-Lune, Hecht p.243 Terre-individu, Individu-individu, Faire le calcul pour un et donner les autres. * Calcul pour proton-électron dans H Sirius p.176. Transition : Ce dernier exemple ne permet pas d'expliquer la cohésion de l'hydrogène, besoin d'une autre interaction II. Interaction électrostatique 1) Mise en évidence expérimentale Expérience : Phénomène d'électrisation. Pendule avec boule en argent avec tige en verre ou tige en ébonite, chiffon. Sirius p.170 Transition : Comment s'exprime cette force? 2) Expression de la force électrostatique * Expérience historique de Coulomb en 1785. Hecht * Représentation des forces d'interactions réciproques, caractéristiques, expression de la force, unités. * Commentaires : force attractive ou répulsive, portée infinie. * Retour sur l'expérience en terme attractif, répulsif et charges. * Définition de charge élementaire. Sirius p.170 3) Ordres de grandeurs * Calcul de la force dans l'hydrogène => effectivement cette force est prépondérante devant interaction gravitationnelle Sirius p.176 * Calcul de la force dans NaCl, Na+ est à l'équilibre exercice Micromega p.160 * Calcul de la force pour le noyau d'he, pour 2 protons de l'hélium, force répulsive très imporante, comment He peut-il exister? Transition : Nouvelle interaction pour pouvoir expliquer la cohésion du noyau d'he. III. Interactions fortes et interaction faible 1) Interaction forte * Interaction qui ne s'exerce qu'au sein du noyau. * Interaction à courte distance : 2.10^-15 m. C'est pourquoi les noyaux sont de l'ordre de 10^-15 m car au delà les nucléons se repousseraient fortement à cause de l'interaction électrostatique. * Facteurs : dépend du rapport N/P de proton. S'il y a trop de protons, un noyau de désintègre (force trop grande) * Diagramme de Segré. F doit être attractive et F > 10^12 N. Micromega p.154 2) Interaction faible * Interaction qu'au niveau des noyaux, interaction de faible amplitude et de très faible portée. Micromega p154 * Une de ces manifestations et la radioactivté β- : émission d'un électron en même temps que la transformation d'un neutron en proton au sein du noyau, on verra ça plus en détail au prochain chapitre. Micromega. Conclusion : Bilan, récap des domaines de prédominance des 4 interactions fondamentales Sirius p.172, entre quoi et quoi on considère quelle interaction Micromega p.154 et ouverture sur la radioactivité β, chapitre suivant dans les bouquins.
LP 10 : Comprendre, lois et modèles. Notion de champ : approche historique et mise en évidence Niveau : Pré-requis : Biblio : 1 ère S Interactions fondamentales : gravitation, électrostatique, notions de vecteurs et scalaires Micromega (1ereS), Dulaurans (1ereS), Hecht, Sirius (1èreS) Introduction : Notion de champ permet d'appronfondir les interactions qu'on a vu et de comprendre différents questionnements : pourquoi un objet chute vers le sol, comment fonctionne une boussole, les prévisions météo ou encore pourquoi un filet d'eau est dévié par une baguette frottée par une peau. Expérience : filet d'eau dévié Mais qu'est-ce que qu'un champ et comment est-ce que ça a été mis en évidence? I. Notion de champ 1) Approche historique XVIIIème siècle : météorologie scientifique. 4 paramètres : température, pression, humidité relative, vitesse du vent. Micromega p.240 Flexcam : Carte météo => champ de température. Dulaurans p.202 Flexcam : * De Borda, Lavoisier : champ de pression. La pression dépend du lieu considéré. * Brandes : pression supplémentaire en reliant tous les points qui sont à la même pression => lignes isobares (signification :iso-, -bare) * Euler : évolution de la vitesse du vent, champ de vitesse pour un fluide. Carte météo vitesse du vent. Tracé des lignes où les vecteurs sont tangents. Attention, intensités des vents pas la même sur chaque ligne. Exemple. Dulaurans => notion de champ des vitesses. 2) Champ scalaire et champ vectoriel Définition sur transparent : «Un champ est une propriété physique qui se manifeste en tout point de l espace. Cette propriété est définie par une grandeur mesurable qui dépend de la position de point» Sirius p.258 Remarque : cette grandeur mesurable peut aussi dépendre du temps! - Champ scalaire : la grandeur physique mesurable est caractérisée par une valeur numérique. Ex : champ de température, de pression. Décrit par des lignes d égales valeurs : lieu des points de l espace où le champ scalaire prend la même valeur. - Champ vectoriel : la grandeur physique mesurable le caractérisant a les propriétés d un vecteur. Ex : champ des vitesses du vent, champ magnétique. Le vecteur représentant le champ vectoriel en un point A est tangent en A à une courbe appelée ligne de champ, ligne orientée dans le même sens que le vecteur champ. Sur transparent : tableau-bilan avec récapitulatif des deux champs, grandeur physique associée, unités et lignes associées. - Champ uniforme : dans une région de l'espace, un champ est uniforme si la grandeur physique le définissant a les mêmes caractéristiques en tout point. Ex : température Transition : II. Champ magnétique 1) Approche historique et expérimentale (ne pas passer trop de temps) *Antiquité : découvre la notion d aimant. Définition de l aimant : corps qui possède la propriété d attirer le fer. Hecht p.786 *An 1000 en Asie : contact entre aiguille de fer et aimant (pierre d aimant=magnétite). Constat : l aiguille aimantée prend une direction et un sens constant : boussole Expérience : Faire tourner une boussole, elle garde un point fixe. * XIIIe siècle Maricourt : pôle Nord/ pôle Sud (schéma) Expérience : Deux aimants : Nord-Nord et Sud-Sud se reproussent, Nord-Sud s'attirent. *1600 : Gilbert. Il assimile la Terre à un aimant et énonce les lois de répulsion et d attraction des aimants par leur pôle. En effet : il découvre que l aimant possède un. Explication boussole Hecht Il découvrit qu il était possible de connecter les petites flèches des aiguilles de telle sorte qu elles décrivent des arcs continus. *1650, Descartes va encore un peu plus loin en répandant de la limaille de fer autour de l aimant : la limaille s aligne comme de petites aiguilles aimantées pour former des courbes presque continues. Tout ceci nous amène à supposer l existence d un champ magnétique créé par l aimant. Hecht p.788 *XIXe siècle Faraday : champ magnétique, lignes de champ Expérience : sur rétroprojecteur, aiguilles qui s'aligent, table avec aiguille et aimant, tracé des lignes de champ. Aimant droit et en U Dulaurans p.212 Transition : Pourquoi on suppose l existence d un champ magnétique? Mystère de l action à distance. L aimant modifie les propriétés de l espace qui l entoure et ceci indépendamment de la présence de l aiguille. L aiguille aimantée sert juste à mettre en exergue ces propriétés. Quelles sont ces propriétés? 2) Propriétés du champ magnétiques *Propriétés magnétiques. Aiguille objet test. Orientation (direction et sens) prise par l aiguille aimantée dépend du point A où elle est placée : le champ magnétique qu elle détecte a les propriétés d un vecteur. Le champ magnétique est un champ vectoriel. Sirius p.259
*Représentation du vecteur champ magnétique B Sirius *Champ magnétique et lignes de champ. Rappel : par définition, le vecteur champ magnétique B est tangent à la ligne de champ qui passe par le point considéré. De plus, la ligne de champ est orientée dans le sens du champ magnétique. *Sources de champ magnétique : - Aimants : ordre de grandeur en teslas. Expérience : mesure du champ au teslamètre - Terre = gros aimant (ordre de grandeur 10-5T). Schéma. Explication boussole. - Fil conducteur parcouru par un courant électrique : expérience d Oersted. 1820 : il montre le lien entre l électricité et le magnétisme. Expérience : A proximité d un fil conducteur parcouru par un courant I, l aiguille aimantée d une boussole bouge. Explication : le fil parcouru par un courant électrique, génère un champ magnétique, et c est ce champ qui fait donc bouger l aiguille. Mais un courant électrique, qu est-ce que c est au juste? des électrons qui se déplacent dans un conducteur. Or comme l aiguille aimantée ses déplaçait sous l effet d un champ magnétique, les électrons dans le circuit se déplacent sous l effet d un champ électrique. Micromega p.244 1) Champ de gravitation Rappel de la force gravitationnelle. Objet test : masse. Expression du champ. Parallèle vec champ électrostatique. Sirius p.263 Champ vectoriel + caractéristiques. Sirius, Micromegas p.246 2) Champ de pesanteur Expression. Caractériqtiques. Sirius Ex : à la surface de la terre g=gm/(rterre)²=9,8n.kg-1 Champ vectoriel et caractéristiques Micromega p.247 Expérience : mesure de la norme de g (dynamomètre et série de mesure) Comparaison avec valeur expérimentale. Calculs d'erreur. Conclusion : Tableau récapitulatif. Ouverture sur l électromagnétisme. Transition : Champ électrique car électrons, donc charges, en mouvement. Ici on se restreint à l étude du champ électrostatique, c est-à-dire lorsque les charges que l on considère sont fixes III. Champ électrostatique 1) Approche historique et expérimentale * 1785 Coulomb. Rappel loi de Coulomb sur transparent. Schéma, fomule, unités. * Milieu du 19e siècle Faraday explique dans ses expériences certaines actions à distance. Hecht p.651 et alentour Expérience : pendule électrostatique : La règle frottée crée un champ électrostatique et la boule, qui est alors électrisée, est l objet test qui permet de rendre compte de l existence de ce champ électrostatique. Retour expérience du début avec l'eau. 2) Propriétés du champ électrostatique E champ vectoriel. Expression et caractéristiques (origine, direction, sens, norme) Explications manip d'avant + intro Lignes de champ. Sirius On se limite à une source particulière de champ électrostatique : condensateur plan, champ uniforme entre les deux armatures. Schéma. Expérience : déviation du faisceau d'électrons par le champ électrique du condensateur plan. IV. Champ gravitationnel et de pesanteur Un objet de masse m sera ici l objet test qui permet de mettre en évidence le champ de pesanteur et le champ de gravitation
LP 11 : Comprendre, lois et modèles. Formes de l'énergie. Principe de sa conservation Niveau : Prérequis : Biblio : 1 ère S position et vitesse du point matériel, conversion de vitesse, forces simples (poids, tension d un fil ), champs (LP10), radioactivité, photon Sirius, Microméga (pour les applications), Dulaurans 1ère S, Duffait, Tout en un PCSI Attention à bien redonner le référentiel d étude pour les expériences! Introduction : Définition énergie : l énergie décrit l état d un système sous l action d une ou plusieurs des 4 interactions fondamentales. L énergie est une propriété de la matière et n est observé qu indirectement par des variations de vitesses, de masse, de températures Dulaurans Expérience : Eau froide dans la pièce, on sait intuitivement que la température de l eau va évoluer, pourquoi? Expérience : chute d une balle filmée avec cinéris, affichage de v, v augmente au cours de la chute, pourquoi? D où vient l énergie responsable de ces phénomènes? I. Formes de l'énergie 1) Energie d'un point matériel Définition d un point matériel Tout en un PCSI. On se limite à un point matériel en mouvement dans le champ de pesanteur uniforme. a) Energie cinétique Dularaurans + Sirius Définition, unités Remarques : Ec supérieure ou égale à 0 ; Ec dépend du référentiel car v en dpd (ex des passagers dans une voitures) ; Ec d autant + grande que m et v le sont. Ex : Microméga : calcul de la vitesse max en sortie d un pistolet de paintball Transition : Mettre un objet sur une étagère demande un effort pour compenser le poids de l objet. Energie associée? Sirius b) Energie potentielle de pesanteur Définition, unité, valeur de g. Attention à la constante, sens de l axe. => on ne peut mesurer que des variations indirectes! Dulaurans Signification de «potentielle» Sirius Ex : calcul d une Epp, ascenseur à bateau et comparaison avec un haltérophile Microméga Transition : un objet en mécanique peut posséder à la fois Ec et Epp, on peut regrouper ces 2 termes c) Energie mécanique Définition, unité Ex : calcul de l Em d une balle de tennis Microméga 2) Autres formes d'énergies Sirius Energie thermique Energie chimique Energie nucléaire, Energie électrique Remarque : l énergie est une propriété de la matière et n est observé qu indirectement par des variations de vitesses, de masse, de températures Dulaurans Transition : comment expliquer l expérience introductive? II. Principe de conservation de l'énergie 1)Mise en évidence expérimentale et énoncé *Chute libre d une bille. Système, référentiel, repère, forces, définition chute libre ; calcul de Ec et Ep. On trace Ec, Ep, Em => Em est constante. => l énergie se conserve. *Enoncé. Dulaurans Expérience : chute d'une bille dans l'air : chute libre Transition : et si il n y avait pas eu que le poids? 2) Conversion d'énergie *Cas de la chute avec frottement Expérience : Chute d une bille dans un fluide (on ne sait pas ce qu est ce mystérieux fluide, ce n est même pas marqué dans la notice du fabricant. On sait juste qu il a une densité de 0,860, donc que ce n est pas du glycérol), visualisation de v, Ec, Epp, Em. => Em diminue =>mais pourtant il y a le ppe de conservation de l Em! => conversion
d énergie méca en énergie thermique à cause des frottements. Ca peut se voir *Flexcam : on montre que lors du freinage d une voiture, les roues s échauffent : l énergie mécanique perdue est cédée à l environnement sous forme de transfert thermique. Sirius *Energie électrique en énergie mécanique : Expérience : moteur alimenté par condensateur *Energie chimique en chaleur puis en énergie électrique : Centrale thermique (Sirius, partie exo) *Energie mécanique en énergie électrique : Microméga : usine hydroélectrique. 3) Modes de transferts d énergie *Expérience: Eau chaude + eau froide dans le calorimètre. Dulaurans + Duffait On donne la formule d énergie sans changement d état. On calcul la température finale théorique, on vérifie, calcul d erreur. => Le corps chaud cède au corps froid. * Transfert thermique (les 3 modes : conduction, convection, rayonnement) Flexcam Dulaurans p 234 * Transfert mécanique (chiens tirent un traîneau) Sirius p 281 4) Application à la découverte des neutrinos Flexcam : Dulaurans p 223 + Microméga + livre du prof Ecriture de l équation de désintégration. Calcul de ΔE. Comparaison avec Ec de l électron (rayonnement = rayonnement gamma) => pb => nlle particule. Signification de neutrino : petit neutre, aujourdh ui appelé antineutrino. Sirius Conclusion Récap des différentes formes d énergies + expression Ouverture : transport et production d énergie (pile et accumulateur, tour solaire du Sirius )
Niveau : Prérequis : LP 12 : Agir, défis du XXIème siècle. Production de l'énergie électrique; puissance. Conversion d'énergie dans un générateur, un récepteur 1 ère S Formes d énergies, sources d énergies, mode de transfert de l énergie, principe de conservation de l énergie, I et U + mesure Biblio : Belin (suivre globalement le plan) ; Microméga ; Sirius ; Dulaurans ; livres prépa pour l alternateur et l induction En italique : ce qui est demandé par le programme. Introduction : *Rappel sur chapitre précédent Différentes formes d énergies. Sources. Mode de transfert. Utilise bcp l énergie électrique dans la vie quotidienne (portable, télé, bouilloire ) => on va s intéresser un peu plus à celle-ci aujourd hui. *Objectif : savoir comment elle est produite. Comment caractériser son transfert. I. L'électricité : unmoyen de transférer de l'énergie 1) Production de l'électricité Belin (cours + activités) + Microméga * Microméga p 288 L électricité n est pas une forme d énergie stockée mais un mode de transfert de l énergie. «Energie électrique = abus de langage» Nécessité d ajuster la production. *Production de l électricité -Ex Cellule photovoltaïque : énergie solaire/thermique => énergie électrique Energie éolienne : vent => électricité : en 2009 la France a produit 1% énergie électrique par éolienne. L alternateur. -Production de l électricité par sources d énergie : diagramme Transition : Comment représenter ces conversions d énergie? 2) Chaîne énergétique Schématiser une chaîne énergétique pour interpréter les conversions d énergie en termes de conservation, de dégradation. * Introduire la schématisation. Microméga Cas de l ampoule. Expérience : générateur alimentant une ampoule. =>conservation de l énergie (E reçue=ecédée + E dissipée) Dulaurans => chauffe => dégradation. Cas de la turbine ou du panneau photovoltaïque. Belin *Définition du rendement de conversion (nombre compris entre 0 et 1) et application Sirius, Dulaurans. (des rendements donnés dans le Belin partie cours-exos) Transition : Quantification des échanges d énergie? 3) Energie et puissance Distinguer puissance et énergie. Connaître et utiliser la relation liant puissance et énergie. Connaître et comparer des ordres de grandeur de puissances. Belin *E=PΔt. Unités. Se représenter les transferts d énergie comme un écoulement. L énergie est associée à la quantité écoulée et la puissance au débit. P représente la rapidité d un transfert. (Microméga) *Application numérique : calcul de P à partir de E *ODG Dulaurans * Dulaurans + Microméga Démarche citoyenne : limiter sa consommation. Ampoule basse consommation : explication des indications, puissances consommées et classes A,B Recueillir et exploiter des informations portant sur un système électrique à basse consommation. Transition : Quand on allume la lampe : on veut convertir de l énergie électrique en énergie lumineuse. C est un récepteurs, étudions + en détails. II. Etude d un récepteur d énergie électrique 1) Présentation Définition + exemples (Belin p 266 + Microméga) Chaine énergétique simplifiée + remettre la chaine énergétique sur T de l ampoule. La puissance est caractéristiques des récepteurs (préciser que c est la puissance nominale qu on donne ici). (Dulaurans p 258) Ex de puissance consommée Sirius Transition : Comment avoir accès à cette puissance? 2) Courant et tension