Les différents domaines du spectre électromagnétique sont présentés dans cette animation : déplacer le curseur pour visualiser des exemples de sources dans la vie pratique.
Maxwell est le théoricien de l'électromagnétisme : parter à la découverte de ce grand scientifique (CNRS).
La loi de Wien permet de faire le lien entre la température d'un corps noir et la longueur d'onde correspondant au maximum d'intensité émise par ce corps.
Le télescope spatial Herschel doit son nom au physicien William Herschel qui découvrit l’infrarouge en 1800. Herschel est ainsi devenu le nom du plus grand télescope spatial pour l’astronomie dans l’infrarouge et le submillimétrique. Il a été lancé par Ariane 5 en 2009.
La consultation du site de ce télescope
vous permettra d'aborder les points suivant :
- le rayonnement infrarouge,
- pourquoi un télescope spatial ?
- une des objectifs de ce télescope : observer les cocons opaques de gaz où se forment les étoiles.
Le rayonnement radio fossile du cosmos est une des observations expérimentales qui confirme le scénario du big-bang : cet article du CNRS explique la prévision de l'existence de ce rayonnement par le physicien Gamow et sa découverte un peu fortuite par les radioastronomes Penzas et Wilson (anecdote des pigeons !).
Cette animation permet de visualiser les déplacement du sol du Japon lors des deux séismes du 11 mars 2011 et de voir les ondes sismiques se propager sur tout le territoire japonais. Elle a pu être réalisée grâce aux 1200 recepteurs GPS géodésiques de haute précision qui sont répartis sur tout le territoire japonais. Sur cette animation, l’image de gauche, en bleu indique les déplacements horizontaux (onde longitudinale de compression) du sol tandis que l’image de droite en rouge indique les déplacements verticaux (onde transversale de cisaillement). Chacun des points correspond à un détecteur GPS. A certains endroits, la côte du japon s’est déplacée de plus de 5 mètres vers l’est !
Notion de retard
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corrigé du TP >>>
- corrigé du TP en images >>>
-
fichier LatisPro de la partie A (clic-droit puis enregistrer sous) >>>
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fichier LatisPro de la partie B (clic-droit puis enregistrer sous) >>>
L'animation utilisée dans la partie A du TP pour comprendre la relation entre la longueur d'onde, la période et la célérité de l'onde.
Les différents domaines du spectre életromagnétique sont présentés dans cette animation : déplacer le curseur pour visualiser des exemples de sources dans la vie pratique.
A2. TP : Mesure de la célérité d'une onde ultrasonore
D'autres exemples de mesures de la célérité d'une onde (A. Willm) :
- transversale (sur un ressort) : v = 2,5m/s environ
- transversale (sur une corde) : v = 20m/s environ
- transversale (vague à la surface de l'eau) : v = 23cm/s environ
- longitudinale (sur un ressort) : v = 1,0m/s environ, la disquette fait 9,3cm de long
Des difficultés pour faire la partie B ? Utiliser les modélisations suivantes pour bien comprendre la mesure de lambda :
- cas d'une onde transversale (vagues) >>>
- cas d'une onde longitudinale (onde ultrasonore) >>>
Puis essayer de faire cet exercice interactif (F. Passebon).
TP Mesure de la célérité d'une
onde ultrasonore :
-
corrigé du TP >>>
- corrigé du TP en images >>>
- une animation pour refaire le TP et s'habituer à utiliser l'oscilloscope >>>
Pour visualiser les fichiers LatisPro (.ltp), il faut d'abord les enregistrer sur le bureau : faire un clic-droit sur le lien puis "Enregistrer la cible du lien sous...".
Une fois le fichier enregistré, faire un double-clic sur le nom du fichier à partir du bureau.
Certains sons ont-ils la même hauteur ? le même timbre ?
Le niveau sonore L se mesure en décibels (dB). Cette échelle donne quelques repères sur cette grandeur physique.
Pour la partie D, vous pouvez écouter ces différents enregistrements de sons de plus en plus aigus et déterminer les fréquences minimales et maximales audibles pour l'homme.
Cette expérience est très qualitative car elle va dépendre aussi de la bande passante des haut-parleurs ou du casque dont vous disposez : il se peut qu'ils ne soient pas à même de restituer les sons les plus aigus s'ils ne sont pas de bonne qualité...
Donc pas d'inquiétudes si vous n'en percevez pas certains dans le domaine d'audibilité ! Cette zone dépend aussi de l'âge : plus on vieillit, moins on perçoit les fréquences aigües : vos parents n'entendront probablement pas les sons au-delà de 16kHz.
Raz-de-marée du 26 décembre
2004
- l'origine sismique de la vague et sa propagation : animation (CEA)
- le point sur
le site de la Cité des Sciences.
- une simulation (Alkyon) représentant
la propagation de l'onde du Tsunami : on peut observer le phénomène
de diffraction qui est nettement perceptible entre le nord de l'île de
Sumatra et la plus méridionale des îles Nicobar, ouverture en face
de laquelle se trouve Thuket en Thaïlande, situé à environ
500 km.
A3. TP : Diffraction et interférences des ondes lumineuses
Diffraction de la lumière par une fente utilisée dans la partie B du TP. Les interférences lumineuses avec les fentes d'Young : une animation qui permet de faire varier les paramètres intervenant dans la relation de l'interfrange i.
A4. L'effet Doppler
L'animation utilisée dans la partie A du TP pour comprendre l'effet Doppler. Une deuxième animation plus complète (ONERA). Le lien direct vers la base "Elodie" de l'Observatoire de Haute-Provence (OHP). Pour aller plus loin : la démonstration de la relation entre les fréquences reçues et émises par la source en mouvement. Pour aller plus loin : nous avons vu lors de cette activité le principe de la mesure de la vitesse des galaxies en utilisant l'effet Doppler. La loi de Hubble donne une relation entre la vitesse d'une galaxie et sa distance. Comment cette distance a-t-elle été mesurée par Edwin Hubble et Henrietta Leavitt ?
Ces deux astronomes ont utilisé des étoiles particulières appelées céphéïdes : présentation de ces étoiles et historique de la découverte par Henrietta Leavitt.
Pour clore ce chapitre, un cours de Berkeley sur les ondes (en anglais) par le professeur Muller : "Physics for Future Presidents" ! Où vous apprendrez ce qui s'est (probablement ?) passé à Roswell, au Nouveau-Mexique en 1947. Un très bon cours de vulgarisation sur les ondes.
Partie 1 ...
Raz-de-marée du 26 décembre
2004
- l'origine sismique de la vague et sa propagation : animation (CEA)
- le point sur
le site de la Cité des Sciences.
- une simulation (Alkyon) représentant
la propagation de l'onde du Tsunami : on peut observer le phénomène
de diffraction qui est nettement perceptible entre le nord de l'île de
Sumatra et la plus méridionale des îles Nicobar, ouverture en face
de laquelle se trouve Thuket en Thaïlande, situé à environ
500 km.
Cours de Berkeley sur les ondes (en anglais) par le professeur Muller : "Physics for Future Presidents" ! Où vous apprendrez ce qui s'est (probablement ?) passé à Roswell, au Nouveau-Mexique en 1947. Un très bon cours de vulgarisation sur les ondes.
Partie 1 ...
TP Etude de la diffraction de la lumière
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corrigé du TP >>>
- corrigé du TP en images >>>
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fichier LatisPro (clic-droit puis enregistrer sous) >>>
Simulations P4
Une simulation (F. Passebon) pour comprendre l'approximation tan(x) peu différent de x pour x petit et en radians. Diffraction par une fente / par un trou. Réfraction de la lumière . Les ondes électromagnétiques : présentation des différentes bandes du spectre, représentation d'un onde électromagnétique. Les spectres de raies (A. Willm) : simulation des spectres d'émission des divers élèments de la classification périodique. Dispersion de la lumière blanche par un prisme, spectres d'émission et d'absorption
Docs P4
Pour aller plus loin : la lumière et les équations de Maxwell (CNRS). Alhazen et les crues du Nil (CNRS) : un physicien qui débuta ses travaux de recherche en optique à 60 ans. Max von Laue & la radiocristallographie (CNRS) : de la diffraction des rayons X par les atomes des cristaux à la détermination de la structure des molécules. Article : peut-on dépasser la vitesse de la lumière ? (Revue Elémentaire) Vidéo : diffraction de la lumière blanche émise par un feu d'artifice par les rideaux d'une fenêtre :
Comment mettre en évidence la loi de décroissance radioactive avec 400 dés ? Exploration en images des différents types de radioactivité : attention, la radioactivité beta+ n'est pas présentée dans ce documentaire !
Röntgen et la main de sa femme Bertha (CNRS). Becquerel, la démarche scientifique et les rayons uraniques (CEA). Marie Curie : le minerai de pechblende et la découverte du radium (CNRS). Marie Curie et
la découverte de la radioactivité. quizz sur la radioactivité (ANDRA).
« Dans la vie, rien n'est à craindre, tout est à comprendre. » Marie
Curie.
Pourquoi Einstein est-il le physicien le plus célèbre de notre temps ?
Lord Kelvin pensait à la fin du XIXème siècle que la physique était achevée : il ne restait plus que quelques détails à régler et des décimales à ajouter aux constantes fondamentales. Einstein, par un prodigieux effort intellectuel, repense alors une bonne partie de la physique et notre vision du monde :
La découverte de la fission : à Berlin, Otto Hahn et Lise Meitner ont l'habitude de travailler ensemble. Otto Hahn, fin 1938, bombarde de l'uranium avec des neutrons et voit apparaître des éléments plus légers que celui-ci : du lanthane, du baryum, du radium... Mais il semble impossible de former du baryum en ajoutant un neutron à l'uranium, même en le transformant par la suite ! Lise Meitner, qui a dû s'exiler en Suède pour fuire l'allemagne nazie, est la première à interpréter le phénomène observé : les éléments légers observés résultent de la division du noyau d'uranium en deux fragments de taille à peu près équivalentes.
Après la guerre, seul Otto Hahn est récompensé par le prix Nobel de chimie en 1944.
E=mc² est la formule la plus célèbre de la physique. Étienne Klein, physicien au CEA, nous explique devant son tableau blanc à quel point elle a révolutionné la connaissance des rapports entre masse et énergie.
Actuellement, aucun appareillage ne permet de produire de l’énergie en contrôlant les réactions de fusion nucléaire. Des recherches sont en cours afin d’obtenir un plasma sur une durée suffisante, afin que l’énergie de fusion produite soit supérieure à celle investie dans le chauffage des particules.
Trois projets vont dans ce sens (suite de la vidéo) :
- les tokamaks : confinement magnétique (ITER, Cadarache, France),
- les lasers : confinement inertiel (laser megajoule, CESTA, France),
- et la Z-machine (Albuquerque, États-Unis).
Rappels d'électricité + quelques compléments : >>>
P7 : CHARGE ET DÉCHARGE D'UN CONDENSATEUR
TP P7
TP Charge et décharge d'un condensateur
(ExAO)
-
corrigé du TP >>>
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fichier LatisPro : acquisitions (clic-droit puis enregistrer sous) >>>
-
fichier LatisPro : corrigé (clic-droit puis enregistrer sous) >>>
Simulations P7
Analogie hydraulique d'un circuit RC. Modélisation d'un circuit RC : influences de R et C, détermination graphique de tau. Mise en oeuvre de la méthode d'Euler dans le cas le cas d'un circuit RC.
TP Oscillations électriques amorties
(ExAO)
- corrigé du TP en photos >>>
-
fichier Latis-Pro acquisition partie B >>>
-
fichier Latis-Pro exploitation partie B >>>
-
fichier Latis-Pro acquisition partie C >>>
Enregistrer les fichiers LatisPro "xxx.ltp" sur votre ordinateur (clic droit sur le lien et choisir "Enregistrer la cible sous") puis les ouvrir à partir de LatisPro. TP Etude de la réponse d'un circuit à un échelon
de tension (oscilloscope)
Simulations P9
Modélisation d'un circuit RLC : influences de R, L et C, les différents régimes, étude énergétique.
Docs P9
Les supraconducteurs : des matériaux qui possèdent une résistance nulle !
Le physicien Jérôme Lesueur, directeur du laboratoire de physique et d'étude des matériaux à l'ESPCI nous dévoile l'histoire et les applications de ce mystérieux phénomène.
Kamerlingh Onnes (CNRS) : la quête du zéro absolu et la découverte de la supraconductivité.
Exos P9
QCM et exercices : V/FQCM corrigé :
23 p177 corrigé :
exercice circuit LC (TD du 07/12/2004)
Exercices de synthèse partie C
Exos
partie C
corrigés des
exercices "Pour préparer le bac" : p179 à 183 annales du bac sur labolycée.
Etienne Klein dresse une brève histoire du concept de la masse, de Newton au LHC en passant par les théories de la relativité d'Einstein :
Pesons la Terre (ou déterminons la constante de gravitation universelle).
Depuis les premiers travaux de Cavendish il y a plus de deux cent ans, les scientifiques ont toujours cherché à mieux connaître la force de gravitation, car son extrême faiblesse rend les mesures particulièrement difficiles : principe de l'expérience de Cavendish présenté par Georges Paturel (Palais de la Découverte).
P11 : CHUTE VERTICALE D'UN OBJET
TP P11
TP Etude de la chute d'une bille dans un liquide (ExAO)
- vidéo >>>
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fichier élève : excel / openoffice
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fichier corrigé partie C (f=h.v²) : excel / openoffice
-
fichier corrigé partie D (f=h.v) : excel / openoffice
La suite Open Office est gratuite.
Simulations P11
La poussée d'Archimède : une animation (CEA) + une vidéo pour bien comprendre cette force.
simulation : chute d'une bille dans un fluide
Cette simulation permet de visualiser l'évolution des différentes forces au cours de la chute ainsi que les variations des vecteurs vitesse et accélération. Il est possible de changer de fluide, de mettre en oeuvre la méthode d'Euler, de faire glisser la bille avec la souris pour visualiser ces évolutions.
Le modèle utilisé pour la force de frottements est f = k.v : ce modèle est pertinent pour des écoulements laminaire (vitesse faible). Des écarts importants au modèle peuvent être observés pour des vitesses élevées (cas de l'air et l'eau où le modèle en k.v² serait plus adapté). animations : méthode d'Euler (académie de Besançon) et d'autres exemples de mise en oeuvre de la méthode d'Euler.
Docs P11
Comment Archimède a-t-il fait pour savoir si la couronne du roi Hiéron était fabriquée d'or pur ou d'un alliage d'or et d'argent ?(CNRS)
P12 : MOUVEMENT DANS UN CHAMP DE PESANTEUR UNIFORME
TP P12
TP Mouvement d'un ballon dans le champ de pesanteur (ExAO) - vidéo >>>
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fichier Latis-Pro corrigé >>>
Enregistrer les fichiers LatisPro "xxx.ltp" sur votre ordinateur (clic droit sur le lien et choisir "Enregistrer la cible sous") puis les ouvrir à partir de LatisPro.
Simulations P12
Uniformité du champ de pesanteur au voisinage de la Terre simulation : mouvement d'un projectile dans le champ de pesanteur Pour une chute libre (sans frottements), l'accélération est égale à l'intensité de la pesanteur et la vitesse de chute sera la même quel que soit la masse. Deux illustrations :
- sur la Lune, lors de la mission apollo 15 en 1971, l'astronaute David Scott a laissé tomber une plume et un marteau : les 2 objets tombent avec la même vitesse (pas d'atmosphère, donc pas de frottements ni de poussée d'Archimède).
- sur Terre, dans un tube à vide (tube de Newton) : mettre en marche la pompe pour faire le vide dans le tube et le vérifier avec cette simulation (auteur ?).
Galilée a-t-il fait tomber des objets de la tour de Pise ? (CNRS) Vidéo chute libre (mission apollo) : en l'absence de frottements la vitesse de chute est indépendante de la masse.
Le champ gravitationnel de la Terre a la forme d'une pomme de terre (les déformations ont été "un peu" amplifiées) !
Voici les données en trois dimensions sur le champ de gravitation de la Terre obtenues par le satellite GOCE (EADS). Elles permettent d’établir la carte du champ de gravité terrestre et ainsi d’en définir le géoïde de manière extrêmement fine : c'est la forme qu’aurait notre planète si elle était uniformément recouverte d’un océan et en exagérant les déformations.
Démonstration de la relation a = v² / R pour un point en mouvement circulaire uniforme (démonstration hors programme). Spoutnik : dans la nuit du 4 octobre 1957, fut mis en orbite le premier satellite artificiel. Développé par Sergeï Korolev, Spoutnik de son petit nom "Iskustvennyi Sputnik Zemli" ("Compagnon de route de la Terre"), pesait 83,4 kg pour un diamètre de 58 cm. Les fameux 'bip-bip-bip' des transmetteurs radios furent captés pendant 22 jours par les amateurs du monde entier.
Vidéo : impesanteur (vol parabolique à bord de l'A300 0G de l'ESA)
P14 : SYSTÈMES OSCILLANTS
TP P14
TP Oscillation d'un pendule pesant (ExAO)
- corrigé du TP en images >>> -
fichier Latis-Pro corrigé >>> - didacticiel pour réaliser une modélisation avec LatisPro >>> TP Oscillation d'un pendule élastique
vertical (ExAO)
Vidéo : Le 7 novembre 1940, six mois après son inauguration, le pont suspendu de Tacoma (USA) était détruit par le vent en raison d'un phénomène de résonance. Les rafales n'étaient pas exceptionnelles ce jour-là, mais on pense que leur cadence coïncidait avec la période propre d'oscillations en torsion du pont...
... c'est du moins ainsi que l'on raconte généralement l'histoire aux enfants pour bien leur faire comprendre le phénomène de résonance. Voici un article de "Pour la Science" qui revient sur cet accident.
Vidéo : Botafumeiro
Le Botafumeiro de la cathédrale de Saint-Jacques-de-Compostelle est un encensoir animé par une excitation paramétrique humaine. Il est en laiton argenté, haut de 1,60 m et pèse 54 kg. Dans un premier temps, il aurait été employé pour purifier l'air ambiant, car la présence constante de centaines de pèlerins rendait l'air irrespirable. Il aurait également servi de brasero pendant les rudes hivers galiciens. Néanmoins, son utilisation n'est pas sans danger : en 1499, il vint s'écraser au sol, cet accident se reproduisit en 1622, et plus récemment en 1925 et en 1937. De nos jours, le traditionnel encensement au Botafumeiro est perçu par la plupart des touristes-pèlerins comme une attraction folklorique. Ainsi, ils applaudissent à tout rompre à la fin de l'encensement, ce qui n'est pas dans le goût de l'archevêque.
Vidéo : cet hélicoptère Chinook est complètement détruit par les vibrations générées par la rotation des pales du rotor. Heureusement ce n'est qu'un essai, mais il illustre parfaitement le danger du phénomène de résonance.
Un verre est mis en résonance par les vibrations acoustiques générées par un haut-parleur. La fréquence du haut-parleur est égale à la fréquence propre de vibration du verre (université de Salford).
P15 : ASPECTS ÉNERGÉTIQUES
TP P15
TP Oscillation d'un pendule élastique
horizontal (ExAO)
- vidéo >>>
- corrigé du TP >>> -
fichier Latis-Pro corrigé >>>
Pour s'entraîner à utiliser LatisPro, vous pouvez réaliser les deux études suivantes :
TP Mouvement d'un ballon dans le champ de pesanteur (ExAO), prolongement du TP du chapitre P12 :
- énoncé du TP >>>
- vidéo >>>
- corrigé du TP >>>
-
fichier Latis-Pro corrigé >>> TP Mouvement d'un pendule simple (ExAO)
- énoncé du TP >>>
- vidéo >>>
- corrigé du TP >>>
-
fichier Latis-Pro corrigé >>>
Les 
corrigé du TP en images >>> 
didacticiel pour réaliser une modélisation avec LatisPro 