Energie (10) – Comparaisons

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La machine de Newcomen

https://fr.wikipedia.org/wiki/Machine_de_Watt

Une solution pour drainer les mines profondes a été inventée par Thomas Newcomen qui a développé un « moteur atmosphérique » travaillant également sur le principe de vide. Il utilise un cylindre contenant un piston mobile relié par une chaîne à une extrémité d’un balancier qui actionne une pompe de remontée mécanique à partir de son extrémité opposée. Au bas de chaque course du piston, de la vapeur est autorisée à pénétrer dans le cylindre en dessous du piston, poussant celui-ci vers le haut. Au sommet de la course, la vanne permettant à la vapeur d’entrer dans le cylindre était fermée, et de l’eau froide brièvement injectée dans le cylindre. Cette eau condense la vapeur et crée un vide partiel au-dessous du piston, en le tirant vers le bas et permettant ainsi de soulever
l’extrémité opposée de la poutre. Lorsque le piston est en bas, le cycle se répète.

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Machine de Watt à balancier Napier & Son de 1859

 

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Tous les documents indiqués dans ce qui suit sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier energie (10)).

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On compare les performances énergétiques des convertisseurs énergétiques et les types d’énergie concernés dans divers « systèmes ».

 

 

Document de travail : [1-comparaisons.pdf] et [2-schemas.pdf]

 

Documents d’aide : [energies.pdf] et [energie.swf] (animation d’Adrien Willm).

 

1comparaison

2schemas

schemas1

schema2

schema3

schema4

energie

swf2

Et un corrigé : [schemas-corrige.pdf]

schemacorrige

 

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Tous les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier energie (10)).

docs

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Energie (9) – Centrale

800px-Chernobylreactor_1

https://fr.wikipedia.org/wiki/Centrale_nucl%C3%A9aire

Sarcophage sur le réacteur no 4 de Tchernobyl

 

L’énergie nucléaire, qu’il s’agisse de la bombe ou des réacteurs, a déclenché une controverse interminable et extrêmement violente qui a suscité parmi le public plus d’émotions et de protestations que toute autre technologie. Une des principales raisons en est que, dans le cours du XXème siècle, l’énergie nucléaire est devenue le symbole sommaire de nombreuses facettes de l’autorité industrielle et bureaucratique (et plus spécialement des horreurs de la guerre moderne). Les propagandistes ont trouvé ce symbole fort utile, car il s’associait à des images saisissantes qui évoquaient non seulement les bombes mais aussi d’inquiétants savants manipulant de mystérieux rayons et entourés de monstres mutants; des utopies technologiques ou le désastre universel, sans parler de la dégradation mentale ou du retour à la vie. Ces images n’étaient pas sans rapport avec un passé lointain hanté par l’alchimie et la transmutation. Bien avant même la découverte de la fission, ces images avaient déjà à voir avec la radioactivité et l’énergie nucléaire; de fait, plus que de réalités techniques, elles émanent d’une profonde inquiétude en rapport avec l’autorité et les mutations de l’individu et de la société. L’énergie nucléaire concrétise la grande peur du public devant la technologie, peur qui dépasse les limites de ce que l’on peut juger rationnel à la lumière de l’expérience. Spencer R. Weart. La controverse nucléaire et ses origines – AIEA BULLETIN, 3/1991. https://www.iaea.org/sites/default/files/33304793036_fr.pdf

 

CentraletricastinCentrale du Tricastin

 

https://www.sortirdunucleaire.org/France-Tricastin-Pollution-radioactive-de-l-eau-sous-la-centrale       Tricastin : Pollution radioactive de l’eau sous la centrale – 22 janvier 2020. C’est deux mois et demi après la déclaration officielle aux autorités que le public est informé : une importante pollution de la nappe d’eau située sous la centrale du Tricastin (Drôme) est en cours. Cette pollution est la conséquence d’une rupture de canalisation véhiculant des effluents radioactifs. Aucune explication de l’exploitant n’est fournie quant à la survenue de cette fuite. Que la tuyauterie d’un réservoir d’effluents radioactifs se perce ou se rompe soulève clairement la question de l’état des équipements de l’installation nucléaire, de son entretien et de sa surveillance. D’autant que cette fuite s’est produite durant la quatrième visite décennale du réacteur 1, c’est à dire pendant un arrêt pour contrôles, remises en conformité et modifications des équipements. Dans son communiqué au public, daté du 22 janvier 2020, EDF indique que la déclaration de cet évènement significatif pour l’environnement a été faite le 6 novembre 2019. Soit 2 mois et demi avant. La fuite radioactive est donc probablement antérieure, mais aucune date précise de découverte de la fuite n’est donnée (aucune information non plus sur sa durée, le volume d’effluents contaminés dispersés etc.). EDF indique aussi que l’Autorité de sûreté nucléaire (ASN) et l’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN) ont été informés et ont suivi l’évolution de la situation. Mais il n’en n’a pas été de même pour le public. Aucune publication n’a été faite, ni par EDF ni par l’ASN. […]

 

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© Satakorn Shutterstock

 

 

Uranium nigérien. « L’énergie nucléaire, sous-payée par les consommateurs, comme l’a plusieurs fois rappelé la Cour des comptes, n’est pas une énergie d’avenir. Elle est propre, vue de notre fauteuil et à la lumière de notre ampoule. Mais il ne faut pas traîner
dans le nord du Niger et les rues de la ville d’Arlit, où Areva exploite les mines d’uranium qui nous permettent d’avoir une énergie “ propre et d’avenir ”. Là-bas, Areva a foré des puits pour les besoins en eau de la population. Malheureusement, ils ont vite été contaminés par la radioactivité : les troupeaux sont décimés, la population est malade, les femmes donnent naissance à des enfants mal formés. Des centres médicaux ont été créés par Areva, qui y emploie ses propres médecins, qui ne constatent aucune dégradation de la santé des habitants. Le paysage est bouleversé, renversé, retourné, mais ce n’est pas chez nous. À l’autre bout, le stockage des déchets n’est pas résolu. Quant à l’indépendance énergétique… Centrales vieillissantes, situation financière d’EDF et Areva dans le rouge, enquête au Niger sur les activités d’Areva : quel est le prix de cette pseudo-indépendance ? Sinon, à part ça, le nucléaire est une énergie propre… » Jean-Jacques Chevrier. https://www.lanouvellerepublique.fr/a-la-une/controverse-nucleaire –2018

 

 

http://www.xn--centrale-nuclaire-ntb.com/debats-et-controverses-sur-lutilisation-de-lenergie-nucleaire/

[…] Débat controversé sur l’avenir nucléaire. L’avenir nucléaire est un sujet de société passionnelle. L’utilité du nucléaire est contestée par certains alors que d’autres considèrent cette technologie incontournable. Les principaux arguments qui incitent les gens à craindre cette puissance énergétique figurent la sécurité, les dangers de l’approvisionnement des centrales nucléaires, le coût de construction des réacteurs ainsi que les dangers environnementaux en cas d’accident. Selon un sondage réalisé en 2006, on découvre que le sujet divise les Français avec un taux de 47 % pour l’exploitation de cette énergie, 38 % contre et 15 % indécis. La hausse de la demande mondiale d’énergie se base sur la décision d’installer ou pas de nouvelles centrales nucléaires. Précisons qu’il faut des milliards d’euros pour construire un tel bâtiment. Investir dans le nucléaire est un projet à très long terme. L’énergie nucléaire dans le monde ne représente que 6 à 7 % de la totalité de l’énergie consommée en prenant compte de toutes sources énergétiques confondues. Les centrales nucléaires sont des systèmes complexes qui doivent être surveillés en permanence. Même à l’arrêt, on doit surveiller le site et le contrôler puisque les combustibles usagés doivent être stockés dans des piscines afin qu’ils perdent progressivement leur radioactivité. […]

 

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Tous les documents indiqués dans ce qui suit sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier energie (9)).

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Pour parler de l’exploitation de l’énergie nucléaire il est sans doute utile d’en connaître les principes. Du même coup on est amené à élaborer les notions relatives au concept d’énergie (conversions, différents types d’énergie, vocabulaire…) à partir d’un exemple suffisamment complexe : la centrale nucléaire.

Les consignes sont portées sur les documents de travail. Classiquement il s’agit d’une alternance de travaux individuels puis en petits groupes et de mises en commun en grand groupe avec animation tableau et apports magistraux nécessaires.

 

On pourra également explorer les chantiers : radioactivité (1) ; radioactivité (2) ; marie curie ainsi que les autres chantiers énergie (1), (2)(3), (4), (5), (6), (7) et (8).

 

 

Documents de travail : [1-puzzle.pdf] et [puzzle.pdf] ainsi que [2-fonctionnement.pdf]

Documents complémentaires : [document.pdf] ; [energies.pdf]

 

 

1puzzle

puzzle1

fonctionnement

energie1

document

document2

 

Et des corrigés pour les mises au point : [reconstitution.pdf] ; [fonctionnement-corrige.pdf] ; 

 

reconstitution

fonctionnementcorrige

 

Et encore des compléments : [comparaisons.pdf] ; [energie.swf] (animation d’Adrien Willm) ; [fission.swf] et [REP.swf] (animations du CEA).

comparaisons

swf2

swf1

 

swf3

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Tous les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier energie (9)).

docs

docs2

 

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Gaz (1)

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Tramway Mékarskià air comprimé – La Rochelle vers 1905

https://fr.wikipedia.org/wiki/V%C3%A9hicule_%C3%A0_air_comprim%C3%A9

https://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz

Au tout début du xviie siècle, un chimiste flamand, Jean-Baptiste Van Helmont, utilisa le mot « gas » par rapprochement avec le mot « chaos » (en néerlandais « ch » et « g » se prononcent de la même façon) venant du grec το χαος-χαους qui désigne l’espace immense et ténébreux qui existait avant l’origine des choses (dans la mythologie). En effet, il voulait introduire une notion de vide. Peu après, les français écrivirent « gas » avec un z : gaz. Ce n’est qu’à la fin du xviiie siècle que le mot prit son sens moderne.

https://www.universalis.fr/encyclopedie/analyse-des-gaz/1-historique-et-evolution-de-la-gazometrie/

C’est apparemment le dioxyde de carbone que l’on considéra en premier comme un fluide distinct de l’air, et ce serait pour le désigner que Johannes Baptista van Helmont (1579-1644) aurait utilisé le mot « gaz », dérivant du mot flamand gest, qui signifie esprit. Après van Helmont, qui recueillait le gaz dans une vessie adaptée au col du matras dans lequel se produisait le dégagement gazeux, divers expérimentateurs perfectionnent cette
façon d’opérer, mais c’est l’Anglais Stephen Hales (1677-1761) qui a mis au point l’appareil classique : cornue, tube à dégagement et éprouvette retournée sur une cuve à eau.

Boyle_air_pump

La pompe à air de Robert Boyle https://fr.wikipedia.org/wiki/Pression#/media/Fichier:Boyle_air_pump.jpg

Translational_motion

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Tous les documents indiqués dans ce qui suit sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier gaz (1)).

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Lois des gaz et zéro absolu en deux parties :

– grandeurs mesurables des gaz et formulations d’hypothèses quant à leurs relations ;

– élaboration de protocole et expérimentation pour appréhender le zéro absolu.

Documents de travail : [1-gaz.pdf] ; [2-experimenter.pdf]

Document complémentaire : [lois.pdf]

gaz

experience1

lois

On pourra également explorer sur ce même site :

 atomisme (1) ; atomisme (2) ; atomisme (3) ; atomisme (4)

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier gaz (1)).

docs

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Ondes (7) – Gravitation

 

 

 

Les systèmes binaires compacts coalescents sont formés de deux objets compacts de masses comparables, et résultent de l’évolution de systèmes binaires d’étoiles massives (M ≥ 10 M¤*). Les objets compacts en question sont des étoiles à neutrons ou des trous noirs de masse stellaire. La masse d’une étoile à neutrons est voisine de la masse de Chandrasekhar, soit environ 1,4 M¤. La masse d’un trou noir résultant de l’effondrement du cœur d’une étoile massive est typiquement de l’ordre de 10M¤.

M¤* : masse solaire.

Alexandre Le Tiec. Coalescence de trous noirs en relativité générale & Le problème de la matière noire en astrophysique. Physique mathématique [math-ph]. Université Pierre et Marie Curie – Paris VI, 2010.

 

 

Coalescences de systèmes binaires Un type de source que l’on considère habituellement est la coalescence de deux objets compacts tels des trous noirs ou des étoiles à neutrons. Lorsque deux de ces objets tournant l’un autour de l’autre forment un
système binaire, celui-ci est hautement asymétrique. Les ondes gravitationnelles émises entraînent une perte d’énergie de rotation du système, donc une diminution de la distance entre les corps et une augmentation de la vitesse de rotation. Cette phase spiralante se termine par une phase de coalescence (mélange) des deux objets pour n’en former plus qu’un. C’est lors des dernières secondes de la phase spiralante que la fréquence des ondes gravitationnelles émises entre dans la bande passante d’un détecteur interférométrique terrestre.

Damir Buskulic. Ondes gravitationnelles, aspects théoriques et expérimentaux.

 

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Tous les documents indiqués dans ce qui suit sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ondes (7) – gravitation).

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On aborde ici, sur la pointe des pieds, les ondes gravitationnelles et leur détection avec le document de travail [1-detection.pdf] et plusieurs documents complémentaires :

[onde-gravitationnelle.pdf] ; [methode.pdf] ;
[michelson.pdf] ; [virgo.pdf]

1-detection1

1-detection2

gravitationnelles

mehode

michelson

virgo

michelson

GW_ring_distorsion_plus_logscalehttps://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_gravitationnelle

Deux vidéos sont également disponibles :

 

 

On pourra explorer également sur ce même site les chantiers relativité (1), relativité (2), relativité (3) et relativité (4)

 

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ondes (7) – gravitation).

docs

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Ondes (6) – Interférences

1interf

https://femto-physique.fr/optique/interference-a-deux-ondes.php

Lorsque l’on superpose deux faisceaux monochromatiques, l’intensité qui en résulte varie spatialement entre un maximum qui dépasse la somme des intensités et un minimum qui peut être nul. Ce phénomène est appelé interférence et concerne tout phénomène ondulatoire. En optique, son observation est rendue difficile car les sources réelles ne sont jamais absolument monochromatiques : elles sont le siège de fluctuations aléatoires de phase et d’amplitude qui brouillent les interférences. Un dispositif de division du front d’onde ou d’amplitude est souvent nécessaire pour fabriquer, à partir d’une source, deux sources secondaires dites cohérentes.

 

 

Une diversité de travaux sur le thème des interférences : un classique expérimental d’étude de l’interfrange avec les fentes d’Young et des études documentaires variées telles que le casque antibruit, les iridescences et couleurs animales, l’interférométrie radar, le traitement antireflet et le miroir de Bragg.

Les études documentaires peuvent susciter des dispositifs pédagogiques diversifiés : étude individuelle préalable, mise en commun en petit groupe et production éventuelle de documents et d’affiche, mise au point en grand groupe avec animation tableau et magistral en situation.

 

On pourra explorer également sur ce même site : iridescence et energie(8)

 

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Tous les documents indiqués dans ce qui suit sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ondes (6) – interferences).

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1. Interférences

Documents de travail : [1-interferences.pdf] ; [1-exploitation-resultats.xlsx]

Aides : dossiers [documents-aides], [incertitudes] et [animations].

 

1-interference1

1-interference2

1resultats

1resultats2

 

2. Antibruit

Document de travail : [2-antibruit.pdf]

 

2antibruit

 

3. Iridescences

Document de travail : [3-iridescence.pdf] et dossier de travail [iridescences]

Complément : [3-couleurs-animaux.pdf]

iridescencs

animaux

 

4. Radar

Document de travail : [4-radar.pdf]

 

interferometrie

Sentinel-1-in-orbit

 

 

5. Antireflet

Document de travail : [5-antireflet.pdf]

 

antireflet

 

6. Miroir de Bragg

Document de travail : [6-miroir-bragg.pdf]

Aides : dossier [bragg]

 

bragg

 

Plusieurs dossiers viennent à l’appui des études proposées :

dossiers

interferences

 

Divers exercices et problèmes (adaptés d’anciens problèmes de bac) sont également disponibles : dossier [problèmes].

Exemple

son1

son2

son3

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ondes (6) – interferences).

docs1

docs2

docs3

docs4

docs5

docs6

docs7

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Ondes (5) – Diffraction

 

 

D’un point de vue historique la diffraction a été découverte avec la lumière en 1665 par Grimaldi. Elle fut interprétée correctement comme un comportement ondulatoire par Huygens, puis étudiée par Fresnel et Fraunhofer suite aux expériences de Young (trous de Young).    https://fr.wikipedia.org/wiki/Diffraction

 

scientifiques

 

Airy-pattern2

Tache d’Airy Wikimediacommons,CC ASA, Epzcaw

 

 

Trois approches de la diffraction : l’activité expérimentale classique de mesure du diamètre d’un cheveu et deux exploitations de document, une approche de la cristallographie par diffraction de rayons X et le pouvoir de résolution des instruments d’optique.

 

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Tous les documents indiqués dans ce qui suit sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ondes (5) – diffraction).

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1. Mesure

Documents de travail :[1-cheveu.pdf] et [1-traitement-resultats.xlsx]

cheveu1

cheveu2

 

cheveu3

 

excel

cheveucorr

 

 

2. Cristallographie

Documents de travail : [2-diffraction-X.pdf]

Compléments : dossier [cristallographie]

 

diffrRX

diffrRXcorr

cristallo

 

3. Résolution

Documents de travail : [3-resolution.pdf]

 

resolution1

 

Egalement disponibles le dossier [animations-diapo] ainsi que des problèmes adaptés d’anciens sujets de bac (dossier [problemes]).

Deux animations de D. Labatut

swf2

swf1

 

Diaporama [diffraction.pptx]

diapo

 

Problèmes ; exemple :

laser1

laser2

 

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Tous les documents indiqués dans ce qui suit sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ondes (5) – diffraction).

docs1

docs2

docs3

docs4

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Ondes (4) – Doppler

Christian_doppler

Christian Doppler – 1803 – 1853

https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Effet_Doppler

L’effet Doppler se manifeste par exemple pour les ondes sonores dans la perception de la hauteur du son d’un moteur de voiture, ou de la sirène d’un véhicule d’urgence. Le son est différent selon que l’on se trouve à l’intérieur du véhicule (l’émetteur étant immobile par rapport au récepteur), ou que le véhicule se rapproche du récepteur (le son étant alors plus aigu) ou s’en éloigne (le son  étant plus grave). […] Cet effet est utilisé pour mesurer une vitesse, par exemple celle d’une voiture, ou bien celle du sang lorsqu’on réalise des examens médicaux, notamment les échographies en obstétrique ou en cardiologie. Il revêt une grande importance en astronomie car il permet de déterminer directement la vitesse d’approche ou d’éloignement des objets célestes (étoiles, galaxies, nuages de gaz, etc.). Toutefois, le décalage vers le rouge cosmologique, qui traduit la fuite apparente des galaxies et constitue une preuve de l’expansion de l’espace, est d’une autre nature : il n’est pas justifiable par un effet Doppler car il est dû (de façon imagée) à un étirement de l’espace produisant lui-même un étirement des longueurs d’onde (la longueur d’onde d’un rayonnement suivant fidèlement la taille de l’Univers).

 

https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/univers-decalage-vers-rouge-56/

En astronomie, le décalage vers le rouge (ou redshift) est une augmentation de la longueur d’onde de la lumière causée par le mouvement de la source lumineuse qui s’éloigne de l’observateur, par effet Doppler ou du fait de l’expansion de l’univers en cosmologie. Les vitesses élevées produisent un grand redshift, et ceci permet de mesurer la vélocité radiale de la source. Dans un univers en expansion, les galaxies qui montrent un redshift élevé se trouvent à des distances plus grandes que celles qui ont un faible redshift. Le décalage vers le rouge peut aussi être provoqué par l’immersion de la source dans un champ gravitationnel élevé, tel que celui d’un trou noir.

8105b58529_50034133_redshift

Il s’agit ici d’une étude expérimentale classique à partir de fichiers son pour déterminer la vitesse d‘un véhicule en exploitant l’effet Doppler sonore.

 

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Tous les documents indiqués dans ce qui suit sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ondes (4) – doppler).

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Documents de travail : [1-doppler.pdf] ; [traitement-resultats.xlsx] ; [klaxon-arret.wav] ; [klaxon-mouv.wav]

 

1-doppler1

1-doppler2

dopplerxlsx

 

Corrigés : dossier [corriges]

 

corrige1

corrige2

corrige3

corrige4

corrige5

 

 

Des documents complémentaires sont également disponibles : dossier [complements]

Exemples :

Animation de D. Labatut [doppler-2.swf]

animdoppler2

Document [red-shift.pdf]

redshift

 

Document [doppler-sonore.pdf]

sonore

 

Document [radar.pdf]

 

radar

 

Des problèmes, adaptés d’anciens sujets de bac sont également disponibles : dossier [problemes].

Exemple

pb1

pb2

pb3

pb4

pb5

 

 

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Tous les documents indiqués dans ce qui suit sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ondes (4) – doppler).

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Ondes (3) – Electromagnétiques

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https://www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/multimedia/programme_applets/e_lehre/dipolstrahlung/bilder_dipol/web_bilder_orig/dip_3h_pot_o.gif

[…] ce sont ses recherches en électromagnétisme qui font de Maxwell un des savants les plus célèbres du XIXe siècle. En se basant sur les travaux de Faraday, il introduit dès 1862 la notion de champ. Puis, il montre qu’un champ magnétique peut être créé par la variation d’un champ électrique. Son enseignement purement mathématique va alors lui permettre d’élaborer les célèbres équations différentielles décrivant la nature des champs électromagnétiques dans l’espace et le temps. Il les expose dans son Traité d’électricité et de magnétisme publié en 1873. Tout en élaborant les théories de l’électromagnétisme, Maxwell définit également la lumière en tant qu’onde électromagnétique et ouvre ainsi la voie aux recherches d’autres physiciens comme Heinrich Rudolph Hertz. […] « La vitesse des ondes électromagnétiques est presque celle de la lumière… ce qui donne une bonne raison de conclure que la lumière est en quelque sorte elle-même, une perturbation électromagnétique qui se propage selon les lois de l’électromagnétisme ».

http://www.astronoo.com/fr/biographies/james-clerk-maxwell.html

james-clerk-maxwell

James Clerk Maxwell – 1831 – 1879

onde-elec

https://giphy.com/gifs/antique-d4DnMePboSYso

A propos des ondes électromagnétiques on trouvera ici sept études documentaires :

radiographie (rayons X) ; pet-scan (rayons γ) ; mobile (téléphonie mobile) ; infrarouges (rayonnement thermique) ; cosmologie (rayonnement cosmologique fossile) ; ultraviolets (absorption des UV et couche d’ozone) ; ciel (couleur bleue du ciel et diffusion de Rayleigh).

Pour chaque étude il s’agit d’extraire et exploiter des informations  pour expliciter un processus et / ou valider des indications. Le travail est dans un premier temps individuel ; il est suivi d’une mise en commun en grand groupe sous forme d’animation tableau avec les mises au point et apports magistraux nécessaires.

On pourra également se reporter, sur ce même site, aux chantiers suivants :

fiat lux et relativite (1) pour l’historique des conceptions de la lumière ; quantique (1), ainsi que animations, pour le rayonnement thermique ; spectres pour l’émission de lumière ; numerisation (1) et numerisation (2) pour l’étude sur la téléphonie mobile.

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Tous les documents indiqués dans ce qui suit sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ondes (3) – electromagnetiques).

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[1-radiographie.pdf]

radiographie

 

[2-pet-scan.pdf]

petscan

 

[3-mobile.pdf]

mobile

 

[4-infrarouges.pdf]

infrarouges

 

[5-cosmologie.pdf]

cosmo

 

[6-ultraviolets.pdf]

ultraviolet

 

[7-ciel.pdf]

ciel

 

Les dossiers [documents-aides] contiennent un grand nombre de documents d’aide ou de complément :

docs2

Exemples :

[ondes electromagnetiques.pptx]

diapodomaines

 

[decimal-binaire-numerisation.pptx]

diaponumeriser

 

[1-cnes.pdf]

cnes2-1

cnes2-2png

 

[inserm.pdf]

inserm1

inserm2

[dualite.pptx]

diapodualite

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Tous les documents indiqués dans ce qui suit sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ondes (3) – electromagnetiques).

docs1

docs2

docs3

docs4

docs5

docs6

docs7

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Ondes (2) – Son

musiqGravity Music Electronic Music for Studying

 

 

https://www.universalis.fr/encyclopedie/sons-production-et-propagation-des-sons/1-historique/

Les premières recherches concernant les phénomènes sonores datent du VIe siècle avant l’ère chrétienne, époque à laquelle l’école pythagoricienne se pencha sur le fonctionnement des cordes vibrantes et construisit une échelle musicale. Par la suite, des réflexions et des observations visant à découvrir la nature du phénomène sonore se sont déroulées sur plusieurs siècles. L’idée que le son est un phénomène de nature ondulatoire naquit de l’observation des ondes à la surface de l’eau. (La notion d’onde peut être définie de façon rudimentaire comme une perturbation oscillatoire qui se propage à partir d’une source.) L’éventualité que le son possède un tel comportement fut énoncée notamment par le philosophe grec Chrysippe (IIIes. av. J.-C.), par l’architecte et ingénieur romain Vitruve (Ier s. av. J.-C.) et par le philosophe romain Boèce (Ve s. apr. J.-C.). L’interprétation ondulatoire prit corps  également dans les réflexions du grec Aristote (IVe s. av. J.-C.) qui énonça la génération du mouvement sonore de l’air par une source « poussant vers l’avant l’air contigu de telle manière que le son voyage… ».

A3-apollon

Apollon

 

 

 

Quatre études à propos de sons et musique : niveau, musique, instruments, ultrasons.

 

220px-Spherical_pressure_waves

 

Les documents de travail donnent les consignes (travail individuel ou en petit groupe).

Bien entendu les activités proposées supposent des phases de travail individuel puis en petit groupe et des échanges en grand groupe (animation tableau) et des mises au point magistrales en situation.

400px-Standing_wave_2

 

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Tous les documents indiqués dans ce qui suit sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ondes(2) – son).

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Document général : [0-son.pdf]

 

1. Niveau

Deux études pour aborder les notions d’intensité acoustique et de niveau d’intensité.

a) niveau : échelle logarithmique non additivité

b) isotonique : diagramme d’isotonie et publicité

Documents de travail : [niveau.pdf] ; [isosonique.pdf]

Aide : [intensite-niveau.pptx] ; [logarithme.pdf]

 

niveau1

 

isosonique

 

 

 

 

diapointensiteniveau

 

 

2. Musique

Deux études à l’aide de logiciels d’analyse et traitement sonore  Acquisonic et Audacity : tutoriels dans [logiciels-son]).

a) flute (analyse spectrale ; spectre, fondamental, harmonique ;  hauteur et timbre d’un son musical)

b) caractéristiques (comparaison de 5 sons, sous forme d’évaluation de compétences expérimentales)

Documents de travail : [1-musique-flute.pdf] ; [2-musique-caracteristiques.pdf]

Aide : [hauteur-timbre.pdf]

Et compléments : [grave-medium-aigu.pdf] ainsi que des animations pour la transformée de Fourier dans le dossier [fourier]

 

flute

 

caracteristique1

caracteristique2

caracteristique3

caracteristique4

 

hauteur-timbre

 

 

3. Instruments

Les ondes stationnaires permettent d’interpréter la production d’une note par un instrument à corde ou à vent.

Documents de travail : [1-instruments.pdf] ; [2-violon.pdf] ; [3-flute-pan.pdf]

Aides : [ondes-stationnaires.swf] ; [ondes-stationnaires.pdf] [ondes-stationnaires.pptx] ; [vocabulaire.pdf].

Et compléments : [violon-bac.pdf] ; [flute-pan-bac.pdf] (anciens  problèmes de bac).

 

instruments

violon

flute-pan

ondes-stat-diapo

 

 

4. Ultrasons

On détermine la fréquence et la célérité d’ultrasons. Deux versions sont proposées : élaboration et mise en œuvre de protocole, évaluation de compétences expérimentales. A l’occasion on travaille aussi la question des incertitudes : mesure, incertitude, notations scientifique, arrondissage, présentation d’un résultat.

Documents de travail : [1-ultrasons.pdf] et [2-ultrasons.pdf]

Aides : [incertitudes.pptx]; [incertitudes.pdf] ; [courbe-tendance.pptx] et diverses animations.

 

1ulrasons1

1ulrasons2

2ultrasons1

2ultrasons2

2ultrasons3

diapo-incert

diapotendance

incertitudes1

incertitudes2

 

Divers problèmes sont aussi disponibles : dossier [problèmes] (anciens problèmes de bac).

 

Exemple

guitare1

guitare2

guitare3

 

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Tous les documents indiqués dans ce qui suit sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ondes(2) – son).

 

docs1

docs2

docs3

docs4

docs5

docs6

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Ondes (1) – Généralités

 

Quelques idées générales sur les ondes

La-Grande-vague-de-kanagawaLa grande vague de Kanagawa – 神奈川沖浪裏 – Katsushika Hokusai – 1830 ou 1831

https://fr.wikipedia.org/wiki/Onde

Il existe trois principaux types d’ondes. Les ondes mécaniques se propagent à travers une matière physique dont la substance se déforme. Les forces de restauration inversent alors la déformation. Par exemple, les ondes sonores se propagent via des molécules d’air qui entrent en collision avec leurs voisines. Lorsque les molécules entrent en collision, elles rebondissent aussi l’une contre l’autre. Cela empêche alors les molécules de continuer à se déplacer dans la direction de la vague.Les ondes électromagnétiques ne nécessitent pas de support physique. Au lieu de cela, elles consistent en des oscillations périodiques de champs électriques et magnétiques générés à l’origine par des particules chargées, et peuvent donc voyager à travers le vide. Les ondes gravitationnelles ne nécessitent pas non plus de support. Ce sont des déformations de la géométrie de l’espace-temps qui se propagent.

Wavemachine

 

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Tous les documents indiqués dans ce qui suit sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ondes(1) – generalites).

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Cinq propositions d’étude sur le modèle ondulatoire (ondes mécaniques) : modèles, espace-temps, simulations, célérité, télémétrie.

Pour chaque thème le document [2-ondes.pptx] peut être utilisé comme aide et / ou pour une présentation en grand groupe.

 

diapoonde

 

1. Modèles

On compare ici, brièvement, les deux modèles fondamentaux de la physique : le mobile en mouvement et la propagation d’une onde.

Document de travail : [1-comparaison.pdf]

 

comparaison

modele

 

 

2. Espace-temps

On aborde ici la double représentation d’une onde, spatiale et temporelle.

Document de travail : [espace-temps.pdf]

 

espacetemps

espacetemps2

 

 

3. Simulation

Un petit outil de simulation permet d’aborder là aussi la double représentation d’une onde avec vérifications numériques.

Merci à Yann Gelfert pour ses « Petits logiciels de physique chimie pour le lycée (2002) » – sous windows il faut VB6FR.dll dans windows/system…)

Documents de travail : [1-simulation-signal.pdf] puis [2-simulation-periodique.pdf]

 

simulation1

 

simulation2

 

 

4. Célérité

C’est une exploitation de vidéos (adaptée de http://www4.ac-nancy-metz.fr/physique/ancien_site/video/liste-ondes.htm) traitant de la célérités des ondes sur l’eau.

Documents de travail : [celerite.pdf]

Ce travail peut être prolongé par est [tsunami.pdf] (avec deux compléments : [tsunami.swf] et [tsunami-m6.avi]).

 

 

celerite-eau

tsunami2

 

5. Télémétrie

Une activité expérimentale classique, [1-protocole.pdf], complétée par une résolution de problème [chauve-souris.pdf]

 

2protocole2

2protocole1

 

 

Diverses animations sont disponibles ainsi que des problèmes (adaptés d’anciens problème type bac) : dossier [problèmes].

 

Exemples.

seisme1

seisme2

sonar1

sonar2

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Tous les documents indiqués dans ce qui suit sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ondes(1) – generalites).

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