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Exercice corrigé
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New Horizons.
En juillet 2015, la sonde New Horizons s’est approchée de Pluton, située alors à 4,86 milliards de kilomètres de la Terre. La sonde est équipée, entre autres :
- d’une caméra infrarouge pour étudier la composition du sol plutonien ;
- d'un appareil permettant d’analyser les ultraviolets émis par la planète naine.
Étapes de la méthode
- Une seconde lecture très attentive de l’énoncé est nécessaire, en notant chaque récepteur et le signal correspondant rencontrés à l’écrit ou en image.
- Attention, toujours prendre en compte les conditions de propagation du signal envisagé.
- Pour effectuer un calcul lié à la vitesse, il faut repérer les données de l’énoncé: si la distance et la vitesse sont indiquées, alors il s’agit de trouver la durée.
Corrigé :
- Parmi les signaux évoqués dans le document, on repère les infrarouges et les ultraviolets. La sonde comporte une caméra pour la lumière et l’antenne suggère la réception d’ondes radio. Ainsi, les récepteurs sont :
▪ la caméra infrarouge ;
▪ le capteur ultraviolet ;
▪ la caméra visible ;
▪ l’antenne parabolique, recevant des instructions par ondes radio. - La sonde est dans l’espace. Il n’y a pas d'atmosphère, donc pas de son.
- On connait la distance d entre la Terre et la sonde: environ 4,86 milliards de kilomètres, soit d = 4 860 000 000 km. La vitesse des ondes radio est 300 000 km/s.
La formule à utiliser est avec d en km et v en km/s. La durée sera donc en s.
On a
Or 1 h = 3 600 s. Donc 16 200 s représentent h soit 4,5 h.
La durée de propagaton du signal radio est donc de 4 h 30 min.
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Spirit.
Le robot Spirit a parcouru le sol et l'atmosphère de Mars de 2004 à 2010. Parmi les appareils qui le composaient, il y avait une caméra infrarouge, un analyseur de rayons gamma et un détecteur de rayons X pour analyser le sol martien. Les informations étaient envoyées vers la Terre, à cent millions de kilomètres.
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Une notion, trois exercices
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Les sondes Voyager 1 et 2.
Les sondes Voyager 1 et 2 ont été lancées en 1997. Elles sont en train d’atteindre les limites de notre système solaire. Les signaux radio envoyés par la sonde Voyager 1 mettent 15 h pour parvenir à la Terre. La sonde Voyager 2 est située à 13,5 milliards de kilomètres de nous.
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Fibre optique : endoscopie.
Lors d’une endoscopie, on insère deux tubes de fibre optique dans l’abdomen du patient pour observer les organes : le premier transmet de la lumière visible entre une source lumineuse et l’intérieur de l’abdomen. Le second capte la lumière à l’intérieur de l’abdomen et la transmet à une caméra. Celle-ci diffuse alors une image des organes, image nécessaire au diagnostic du médecin.
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Infrarouges et énergie thermique perdue par les bâtiments.
Inspirés de la vision infrarouge des serpents, les thermographes sont des appareils qui permettent de repérer les infrarouges émis. L’appareil indique en rouge les zones où l’émission d’infrarouges est forte, et en bleu les zones de moindre émission. La thermographie est utilisée dans l’analyse de l’isolation thermique des maisons. L’image 1 présente deux bâtiments différemment isolés.
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Infrarouges et serpents.
Tous les serpents détectent les infrarouges. Pas avec leurs yeux cependant, puisque même masqués les serpents parviennent à détecter leur proie. Leurs détecteurs d’infrarouges se logent dans de petites fossettes situées entre les narines et les yeux. Les animaux à « sang chaud » transfèrent une partie de leur énergie thermique à l’environnement en rayonnant à une fréquence de 33 000 GHz, la fréquence d’infrarouge que les fossettes des serpents détectent le mieux.
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Fibre optique II : connexion internet.
Les fibres optiques sont des filaments cylindriques en silice d’environ 150 μm de diamètre qui acheminent des signaux lumineux. Elles sont très utilisées dans les domaines des télécommunications. Ainsi, 12 315 km de fibres optiques ont été déposés au fond de l’océan Atlantique entre les États-Unis et la France en 2002, pour augmenter le débit de la liaison internet entre ces deux pays. Ce débit est désormais de 80 Go/s.
Note :
1 μm = 0,000 001 m.
Vitesse de la lumière dans la silice : 200 000 km/s.
Note :
1 μm = 0,000 001 m.
Vitesse de la lumière dans la silice : 200 000 km/s.
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La répartition des notes de musique.
Le tableau ci-contre présente les fréquences des notes de musique que les cordes d’une guitare jouent à vide. Deux octaves sont balayées : du mi de l’octave 2 au mi de l’octave 4. Une octave est l’intervalle séparant deux sons ayant des fréquences doubles l’une de l’autre.
Exercices supplémentaires
Les puces RFID.
Les puces RFID ou radioétiquettes sont de petits objets collés, incorporés dans certains objets ou implantés sous la peau des organismes vivants tel que des animaux de compagnie. La puce reçoit par son antenne un signal radio à une certaine fréquence qui agit sur la puce électronique. Celle-ci répond en émettant un signal à la même fréquence qui transmet certaines informations. Ces puces se répandent dans notre société : passeport, carte de paiement sans contact, antivol pour article en vente, code-barre amélioré, etc.
Le chant des baleines.
Ce lien te permet d’entendre l’enregistrement d’un chant de baleine à bosses au large de l’Alaska. L’analyse par certains appareils a montré que la gamme de fréquence des sons émis se situe entre 20 Hz et 10 kHz. Ces chants peuvent être utilisés pour la séduction lors des périodes d’accouplements. Il possède un avantage important : le chant des baleines à bosse peut être entendu par d’autres baleines situées à 1 000 km de distance !
Les rayons X.
Les rayons X ont été découverts en 1895 par le physicien Allemand Röntgen, qui a reçu pour cela le premier prix nobel de Physique. Les rayons X sont des signaux électromagnétiques, situés au delà des ultraviolets. Leur fréquence varie entre 3 000 × 1012 Hz et 3,00 × 1019 Hz. Ils se propagent facilement dans les matériaux ayant une faible masse volumique. Plus le matériau a une masse volumique élevée, plus les rayons X sont absorbés. Parfois, ils n’arrivent pas à traverser le matériau. Mais ils peuvent être dangereux pour nos organes si nous sommes exposés trop longtemps. Ainsi, le personnel médical qui les utilisent lors de radiographies de notre squelette comme les radiologues, porte des tabliers en plomb pour se protéger.
Les rayons gamma.
Les rayons gamma sont des rayonnements électromagnétiques dont la fréquence est au-delà de celle des rayons X, c’est-à-dire que leur fréquence est supérieure à 3,00 x 1019 Hz. Ils sont extrêmement dangereux pour nos organes car ils peuvent provoquer des brûlures, ou des cancers. Ils sont émis par des substances radioactives, par des trous noirs ou lors d’explosion d’étoiles (supernova). Heureusement notre atmosphère absorbent les rayons gamma venus de l’espace. Sinon, il faut une couche de 6,6 cm de plomb (on parle d’un blindage en plomb) pour arrêter 99 % des rayons gamma.
Ultraviolet et bronzage.
La lumière ultraviolette émise par le Soleil est dangereuse. 95 % de cette lumière qui atteint le sol terrestre est constituée d’UV A (fréquence comprise entre 750 x 1012 Hz et 952 x 1012 Hz) qui favorisent le bronzage immédiat mais aussi le vieillissement de la peau et certains cancers de la peau. Ils sont aussi nocifs pour les yeux des enfants. Les UV B dont la fréquence varie entre 952 x 1012 Hz et 1015 Hz sont très cancérigènes. Ils sont aussi responsables des coups de soleil. On peut se protéger des UV B en utilisant une crème solaire d’indice de protection 50, parfois appelé « écran total ». Attention, l’indice 50 signifie qu’il faudra par exemple 50 fois plus de temps pour attraper un coup de soleil qu’en n’ayant aucune protection. Enfin les UV C, (entre 1015 Hz et 3,0 x 1015 Hz), encore plus dangereux, sont arrêtés par la couche d’ozone de la haute atmosphère.
Parcours de compétences
Parcours de compétences
Pour tester la qualité de pièces métalliques, on utilise un contrôle par ultrasons : un émetteur envoie un signal dans le métal. S’il rencontre une interface entre deux milieux de propagation différents, le signal est réfléchi puis capté par un récepteur. L’écran d’un oscilloscope permet de visualiser les signaux reçus. On teste deux pièces de métal identiques.
