Optique (1) – Lentilles

320px-Fresnel_lens.svg

Coupe d’une lentille de Fresnel (1) et d’une lentille plan-convexe (2)

de distances focales équivalentes. 
https://fr.wikipedia.org/wiki/Lentille_de_Fresnel

Cordouan6

Lentille de Fresnel du phare de Cordouan – Thibault Grouas

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

 

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

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Trois travaux sur les lentilles : constructions, autocollimation et relation de conjugaison.

 

 

1. Construction

Document de travail : [1-constructions.pdf]

 

1-construction

1-construction2

 

 

2. Autocollimation

 

Document de travail : [2-autocollimation.pdf]

Aide : [2-autocollimation.mp4] https://physique.ensc-rennes.fr/tp_focometrie_texte.php

 

autocollimation

 

 

3. Conjugaison

 

Document de travail : [3-relation-conjugaison.pdf]

 

Un dossier [incertitudes] exploitable si on souhaite traiter de cet aspect.

 

Un exemple de résultats : [3-exemple-conjugaison.xlsx]

 

relation-conjugaison

exemple11

exemple1

 

 

Des documents complémentaires sont également disponibles, utilisables comme aide en cours de travaux, aux moments opportuns après des temps de recherche, ou bien pour des mises au point après une animation tableau et / ou des apports magistraux en grand groupe :

 

un document général simple sur les lentilles : [lentilles.pdf]

 

des vidéos: [1-emergent.mp4] ; [3-descartes.mp4] http://physagreg.fr/optique-13-lentilles.php

 

des animations : [lentille-convergente.swf] de Geneviève Tulloue, [objet-image.swf] et aussi [animlentille.swf]

et un diaporama d’introduction éventuelle : [lentilles.pptx]

 

lentilles

emergent

descartes

swf1

diapo

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

docs

docs2

docs3

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Optique (3) – Lunettes

[…] le Campanile de Saint-Marc est également entré dans l’histoire, car c’est ici que Galilée a présenté sa Lunette Astronomique au Sénat de Venise et au Doge. Grâce à l’intervention de son ami Paolo Sarpi, Galilée est en effet invité à présenter sa lunette astronomique à Venise. Le 21 août 1609, Galilée est au sommet du Campanile avec le Doge Leonardo Donato et des membres du Sénat. […] Grâce à cette démonstration Galilée fut nommé professeur à l’université de Padoue et reçut une pension de 1.000 Florins par an.

 

 

 

Galilei-weltsysteme_1-621x854

Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo

Dialogue sur deux systèmes du monde – Galilée – 1632.

 

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1. La lunette astronomique : construction optique et grossissement.

 

Document de travail : [1-astronomique.pdf]

et le corrigé : [astronomique-corrige.pdf]

 

Et une vidéo : [lunette-construction.mp4]
http://www.physagreg.fr/optique-14-instruments-optiques.php

 

astronomique

 

astro-construc

 

astro-corr

 

https://femto-physique.fr/optique

 

 

 

 

2. Une étude de la première lunette de Galilée (1610) avec construction optique et calcul de grossissement.

 

Document de travail : [2-galilee.pdf]

 

Et les corrigés : [construction-corrige.pdf] et [construction.mp4] de http://www.physagreg.fr/optique-14-instruments-optiques.php

 

lunette

corrige construction

 

Une animation de Geneviève Tulloue : [lunette-galilée.swf].

 

tulloue

 

Bonus : un extrait du film « Galilée ou l’amour de Dieu » de Jean-Daniel Verhaeghe.

 

 

 

 

3. Galilée a-t-il pu voir les phases de Vénus ?

 

Document de travail : [3-venus.pdf]

Aide : [resolution.pdf]

 

Et le corrigé : [corrige.pdf]

 

Des vidéos de complément : [venus-ptolemee.mp4] et [venus-copernic.mp4]

 

venus

corrige venus

resolution

 

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docs

docs2

docs3

docs4

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Energie (10) – Comparaisons

220px-Newcomen_atmospheric_engine_animation (1)

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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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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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

800px-La-Rochelle_Place_d_Arme_Tramway_Mékarski

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).

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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).

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

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docs7

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