TP Physique N° 02

Détermination de

l'épaisseur

d'un cheveu.

Enoncé.

 

   

Programme 2010 :

Programme 2010 : Physique et Chimie

 

Correction

 

Objectifs : 

-  Montrer qu’il est possible de déterminer une longueur que l’on ne peut pas mesurer (l’épaisseur d’un cheveu est trop petite pour être mesurée avec un double décimètre).

-  Mettre en œuvre une méthode indirecte de mesure d’une petite dimension en utilisant le phénomène de diffraction de la lumière.

-  Réaliser une courbe d’étalonnage et l’exploiter.

 

Matériel :

-   Un laser – différents fils calibrés fixés sur un support de diapositives – un écran –

-   un double-décimètre – un cheveu – microscope.

 

 Ne jamais regarder directement le faisceau de lumière d’un laser.

I - Étude qualitative.

1)- Principe.

2)- Schéma.

 3)- Manipulation 1 :

4)- Manipulation 2 :

5)- Conclusion.

II - Étude quantitative.

1) Mesures.

2)- Exploitation.

3)- Détermination de l'épaisseur d'un cheveu.

I- Étude qualitative.

1)- Principe.

-    On éclaire un écran avec un laser.

-    On interpose sur le trajet du faisceau laser une fente verticale de largeur réglable ou un fil très fin.

2)- Schéma.

RédigerFaire le schéma du dispositif.

-     Pour réaliser de bonnes mesure, il faut que : d 10 cm et D 6,0 m.  

-     Après avoir réglé les valeurs de d et D, il ne faut plus les faire varier lors des différentes mesures.

-     Le seul paramètre qui doit changer, c’est la largeur de la fente ou l’épaisseur du fil.

3)- Manipulation 1 : utilisation de la fente réglable.

ManipulationAu départ la fente est large (1 mm à 2 mm), puis on diminue progressivement la largeur de celle-ci.

RédigerIndiquer les observations.

RédigerFaire le schéma du dispositif vu de dessus  et vu de profil pour représenter :

-    Les taches de diffractions,

-    Le faisceau de lumière de la source laser à la fente,

-    Les faisceaux de lumière de la fente jusqu’aux taches lumineuses sur l’écran.

Voir : 

4)- Manipulation 2 :

On remplace la fente par un fil très fin.

-    Puis on fait varier l’épaisseur du fil.

RédigerIndiquer les observations.

-    Que peut-on dire du principe de la propagation rectiligne de la lumière ?

-    Comment varie la largeur de la tache centrale lorsque l’épaisseur du fil diminue ?

5)- Conclusions.

II- Étude quantitative.

1)- Mesure de la largeur L de la tache centrale de diffraction pour différents fils calibrés.

RédigerReproduire et compléter le tableau suivant :

 

a

4

6

8

10

12

10

20

22

a μm

          

          

          

         

         

 

         

         

L cm

 

 

 

 

 

 

 

 

Tableau de mesures.

2)- Exploitation.

-    Tracer le graphe de L (largeur de la tache) en fonction de du diamètre a du fil. 

-     Pour cela, choisir une échelle judicieuse.

-    Quelles sont les caractéristiques de la courbe obtenue ? existe-t-il une relation simple entre L et a ?

Graphe :

3)- Détermination de l’épaisseur d’un cheveu ou d’un crin de cheval.

-    Chaque groupe  travaille en équipe (technicien, secrétaire) :

RédigerDéterminer un mode opératoire permettant de déterminer l’épaisseur d’un cheveu ou d’un crin de cheval.

RédigerMettre au point la manière dont vous allez procéder.

RédigerIndiquer le matériel utilisé. Définir la ou les expériences à réaliser.

RédigerFaire un schéma. 

RédigerExpliquer la démarche adoptée.

-    Après concertation, on choisit une méthode parmi celles qui sont proposées et on réalise la mesure.

-    Faire la mesure et donner la valeur de l’épaisseur d’un cheveu ou d’un crin de cheval.

Utilisation de la courbe d'étalonnage.