Expérience des billes, essai n°5

14/08/11

 

Reprenons l'expérience des billes, qui est bien plus avancée que celle de la diffraction par cristal tournant. Bon courage pour la lecture.

 

Objectifs du jour :

Soyons fous et ambitieux, il y a plusieurs objectifs.

 

- Expliquer la douve. Pourquoi retrouve-t-on un creux alors qu'on devrait retrouver une colline ? Cela vient sûrement de l'éclairage par en-dessous, mais il faut le confirmer.

- Pourquoi ne pas retourner à un essai en 2D mais avec un défaut dans la bille ? De sorte qu'on puisse voir qu'il y a un défaut…

- Essayer une cartographie 3D plus propre, en réduisant les imprécisions du montage.

 

Modélisation 3D

Je continue un peu mon entrainement de modélisation 3D du montage (et puis c'est joli). Ainsi je complète le fichier 3D (qui doit être classe à présenter).

 

Voilà donc le montage qui vient analyser la bille.

 

 

 

L'éclairage s'effectue sous le support.

 

 

 

Et on obtient des résultats parfois concluants !

 

Voilà. C'est parti pour les choses sérieuses.

 

Mesures reslum

Comme d'habitude, on procède à des mesures résistance/luminosité.

Je vais passer les détails, la relation du jour est :

 

 

 

Toujours L en lux et R en kiloohm. 6,3% d'écart relatif.

 

Problème

A ce moment de la soirée, il s'est passé quelque chose qui m'a beaucoup attristé.

La photorésistance a lâché : le fil qui la relie au multimètre s'est cassé, comme sur la photo.

 

 

C'est ma faute : à force de triturer le fil pour orienter la résistance dans la bonne direction pour les mesures reslum, ou même pour déplacer le montage, le fil a fini par lâcher.

 

J'ai essayé de le réparer comme j'ai pu.

- Scotch : A tenu mais pas longtemps.

- Fil : N'a pas tenu.

- Polystyrène : N'a pas tenu.

- Elastique : N'a pas tenu.

- Colle forte : A tenu un peu, mais encore une boulette parce que quand ça s'est détaché, la colle avait séché et le fil n'était plus conducteur partout, donc encore plus de galère à rattacher.

 

J'ai finalement réussi à accrocher précairement les deux fils l'un à l'autre (en bloquant celui de la résistance dans le tuyau noir). C'est très précaire mais ça tient, j'ai donc pu faire l'expérience.

 

Avec un fer à souder j'aurais sûrement pu arranger le coup, et de toute façon c'est ce qu'on finira par faire, mais Yohann me l'avait proposé et j'avais refusé, parce que ce ne serait pas utile. Pas de bol. Je m'en veux un peu quand même mais c'est réparable et l'expérience a pu être menée donc the show must go on.

 

Mesures en ligne, lampe au-dessus

De nombreux essais. Pour voir s'il y a une douve ou non.

Je ne mets pas les tableaux, les graphiques parlent assez et ce serait trop long.

 

 

 

 

 

Exploitation :

Que penser de ces résultats ? On ne voit pas de douve mais on ne voit pas de bille non plus. Est-ce dû à la photorésistance ? Je ne pense pas.

C'est dû à la lampe et à la bille. La lampe est sur le côté, donc la bille ne renvoie pas la lumière au-dessus mais de l'autre côté, c'est peut-être pour ça qu'on ne voit pas la bille lorsqu'on passe au-dessus… L'essai 5 confirme un peu cette idée. L'essai 6 est très bizarre mais il a l'air propre.

 

Donc douve or not douve ?

 

Tentatives d'explication

Il y a peut-être parfois des problèmes d'ombres du montage, d'ombre du rebord. L'orientation de la lampe influe énormément.

 

 

(Ici on voit des ombres)

 

Douve ? On ne sait pas, déjà il faudrait une bille. Tout ça nous rappelle que ce n'est pas pour rien qu'on a mis la lampe en-dessous.

Ce qui nous amène à une question : comment agit la lumière dans la bille ? La bille agit-elle come une lentille spéciale ? La bille diffuse-t-elle, réfléchit-elle la lumière ?

 

On a déjà pu observer une sorte de zone de la bille qui renvoyait la lumière, à l'opposé de là où elle la recevait, ce qui peut expliquer pourquoi on ne voit pas cette zone lorsqu'on mesure au-dessus et que la lampe éclaire de côté (essais 1, 2, 3 et 4). Vous me suivez ?

 

L'essai 5 (admettons qu'il n'y ait pas d'ombre) pourrait peut-être montrer que, la lampe étant de ¾, la photorésistance perçoit cette zone qui renvoie la lumière, puis passe au-dessus de la bille, puis passe sur la zone qui reçoit la lumière donc qui est lumineuse aussi. Je dis peut-être des bêtises. Mais cela est plus net sur l'essai 6, qui ressemble au 5 en plus propre.

Je crois que mon raisonnement se tient mais je ne suis pas sûr de bien l'exprimer. Je ne suis pas sûr non plus qu'il soit bon mais on est dans « tentatives d'explication ».

 

Tout est une question d'orientation de la lampe et de ce que la bille fait de la lumière. « Lentille » convergente vers une certaine zone ? A voir.

 

Hâtons-nous, déjà 7 pages dans Word.

 

Mesures en ligne, bille avec défaut, lampe en-dessous

Pas mécontent de remettre la lampe en-dessous des billes, on procède à des essais avec une bille sur laquelle j'ai mis du blanc (correcteur) à un endroit. Les photos ne sont pas très nettes mais je les mets quand même.

J'ai colorié le blanc en bleu pour qu'il se voie mieux.

 

Vue du dessus, on voit bien une petite zone noire qui obstrue.

 

Malheureusement ces photos ne montrent pas l'orientation de la bille quand je procédais à mes essais car la bille a bougé et c'est extrêmement galère à remettre, encore plus au même endroit. Pour les essais suivants, la zone obstruée (le défaut) était pile au milieu (ou presque).

J'ai pensé que peut-être ce n'est pas ce qu'on entendait lorsqu'on parlait de défaut dans le matériau, qui serait plutôt une bille rouge au milieu de billes transparentes, mais ce n'est pas grave car cela nous apportera peut-être des informations sur la bille et la lumière. A-t-on déjà vu un défaut dans un atome ?

 

Les résultats sont clairs. Une douve et pas de bille. Pourquoi ? Parce que la tache de blanc obstrue la zone qui renvoie la lumière (entre 13 et 17 mm pour l'essai 1, entre 15 et 19 pour l'essai 2, à peu près).

J'ai essayé avec une tache plus petite mais ça ne donne rien, je n'arrivais pas à la placer de sorte qu'elle n'obstrue pas totalement la zone qui renvoie la lumière.

 

Toujours cette théorie avec la zone lumineuse. Vous pensez que je me trompe ? Pourquoi la douve ? Eclairage en-dessous ou bien bille qui ne renvoie pas la lumière qu'elle reçoit dans toutes les directions ??

 

Cartographie 3D avec une bille


graoh

Graphcarto2

 Graphiques en "vue du dessus". J'ai ajouté la forme de la bille (qu'on retrouve) dans le deuxième.

Les résultats sont mieux que la dernière fois, non ? Plus homogènes en tout cas. Donc plus jolis. La douve est importante, mais on voit bien la colline. (Douve plus importante à gauche qu'à droite, c'est bizarre, mais j'avais remarqué que la photorésistance était très légèrement décalée vers la droite, je n'ai pas osé la toucher au cours de l'expérience alors peut-être que ça joue.)

J'ai changé des choses par rapport à la dernière fois.

Exit le support élévateur, qui oscillait beaucoup trop (je ne l'avais pas remarqué la dernière fois). Je l'ai remplacé par un empilement d'encyclopédies et de BD, beaucoup plus stable, et j'ai mis le papier millimétré dessus.

J'ai aussi ajouté une troutrouteuse (ajouter au dictionnaire) le long du papier millimétré, que je puisse déplacer le pied d'optique de gauche à droite sans changer l'angle (bien sûr je déplace toujours à la main donc…).

 

 

Conclusion

Plutôt bonne séance.

 

- La photorésistance est à ressouder mais normalement il n'y a pas trop de problèmes, si ça tient comme ça, on va faire ça chez Yohann je pense, au moment où on fabriquera le cristal en verre.

 

- Les expériences soulèvent des questions : comment se comporte la lumière lorsqu'elle traverse la bille ? On voit bien cette zone très lumineuse à l'extrémité de l'endroit où la bille reçoit la lumière. On remarque qu'à cet endroit (et en son centre, le point culminant, ou le « donjon »), la luminosité est la même que lorsqu'il n'y a pas de bille (je parle quand la lampe est en-dessous). La luminosité reçue converge-t-elle vers ce point, ou travers-t-elle en ligne droite ? Pourquoi la douve ? La luminosité n'est pas renvoyée par la bille ? Il faudra voir avec madame Baurrier : réflexion ou diffusion ? Réalité ou illusion ? J

 

- « En cristallographie, les défauts ponctuels sont des défauts dans l'organisation des cristaux qui ne concernent que des nœuds isolés.

 

Exemple de défauts ponctuels dans un cristal ordonné AB

Le cristal parfait est un empilement régulier et infini d'atomes, ions ou molécules. Considérons le cas simple d'un cristal atomique ou ionique. Un défaut ponctuel typique est l'absence d'un atome (lacune), la présence d'un atome du réseau entre les atomes (défaut interstitiel), la présence d'un atome étranger entre les atomes du réseau (solution solide interstitielle) ou à la place d'un atome du réseau (solution solide de substitution). On peut aussi avoir des défauts de charge électrique : un site du cristal présente une charge plus négative (électron libre) ou plus positive (trou d'électron) que les autres sites du même type. »

 

 

De wikipédia : http://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9faut_ponctuel

 

On peut éventuellement procéder à des essais avec plusieurs billes. En 2D ? En 3D ? Les résultats 3D ont été plutôt concluants, alors si on peut essayer de faire plusieurs billes, avec des défauts, ça serait bien.

 

Voilà ! Je vais me coucher.