Olympiades de physique au Lycée Pothier

Récap' 9

 

 

Récap' 9… Un gros récapitulatif en perspective, le dernier datant d'il y a un peu moins d'un mois. Et ce petit mois en taille, mais non moins important, a été marqué par les fêtes de la science, ses préparatifs et ses retombées, pas économiques, mais les avancées concernant notre projet.

Il faut garder à l'esprit que le concours régional se déroule à Orléans (Polytech') le 7 décembre. Et qu'il faut rendre le rapport 10 jours plus tôt… Autant dire demain…

 

• Expérience de la « diffraction-interférences » laser

 

Pas d'avancées à noter, il me semble. L'interprétation de la figure de diffraction est faite, tout comme les calculs d'incertitude et la vérification au microscope optique. Il ne reste peut-être qu'à déduire de cette figure l'écart entre les fils, représentant l'espace entre les atomes. A voir.

 

• Expérience des billes

 

Pas d'importantes avancées à faire remarquer non plus, si ce n'est que l'hypothèse des billes qui font converger la lumière est vérifiée (et démontrée !). Si on éclaire une bille de verre par en dessous et que l'on place notre photorécepteur juste au dessus de la bille à une hauteur donnée, on n'obtiendra pas le même maxima en fonction du diamètre de la bille. Pour obtenir le maximum de luminosité, il faut se placer à 0,75 mm pour une bille de diamètre 0,3 cm ; à 1 mm pour une bille de diamètre 0,4 cm et à 1,25 mm pour une bille de diamètre 0,5 cm (je taperai les calculs !)

Expérimentalement, c'est très difficile à voir, mais cette remarque peut être intéressante pour exposer les limites de cette manip'.

 

En conclusion : pour ces deux expériences, il ne reste « que » l'aspect rapport. Il faut les présenter de manière logique et cohérente, de façon organisée en exposant les problèmes « théoriques », la manipulation en elle-même, les résultats, l'/les interprétation(s) de ceux-ci et leurs limites.

 

• Expérience du cristal tournant

 

Je dirai que « petit à petit l'oiseau fait son nid ».

 

→ Réalisation des lentilles en paraffine.

On peut considérer que c'est un succès.

Nous avons essayé plusieurs méthodes de réalisation, qui se sont révélées plus ou moins concluantes, mais en créant un moule de paraffine et en fabriquant le « positif » de ce moule, on obtient quelque chose de vraiment bien.

 

 

Les différentes méthodes :

 

 

Trois lentilles d'environ 20 cm de diamètre ont été fabriquées par nous-mêmes. Nous avons maintenant tous les éléments nécessaires au montage de l'expérience.

 

→ Le montage.

Nous avons pu réaliser le montage de la manip' tel qu'il ressemblera dans les grands traits au montage final pendant les fêtes de la science.

 

Un générateur crée des ondes centimétriques sortant alors d'un cornet qui permet, non pas de les faire diverger, mais de limiter la divergence de ceux-ci. A 50 cm de ce cornet se trouve une première lentille, qui permet d'obtenir des faisceaux d'ondes parallèles. S'en suivent le cristal tournant, d'abord sur un plateau tournant, puis sur un plateau motorisé ; une seconde lentille permettant, s'il y a diffraction, de faire converger les faisceaux pour qu'ils atteignent un cornet-récepteur, relié à un oscilloscope.

Voici le schéma complété :

→ Les ondes.

En faisant des mesures, nous nous sommes aperçus qu'il n'y avait diffraction que quand les cornets diffusant et recevant les ondes étaient en face. Est-ce du aux ondes, pas assez puissantes ? Sont-elles planes ou circulaires ? C'est que l'on a essayé d'observer grâce à la manip' suivante.

 

En fonction de la position (sur l'un des deux axes en pointillés) du cornet-récepteur par rapport au cornet-émetteur, on mesure le signal récupéré par le premier. On constate que l'on obtient un signal maximum quand les deux cornets sont relativement en face l'un de l'autre.

Le cornet relié au générateur émet en fait, d'après la notice et nos observations, les ondes "selon une parabole".

Mail de Madame Baurrier : 

"Le diagramme de rayonnement montre une forte directivité des ondes dans un cône de moins de 20°. Ce qui nous permet de dire que le cornet est un guide d'onde et que l'onde ainsi est quasi plane.

 

Cependant pour améliorer le dispositif et récupérer un max de rayonnement, on met une lentille convergente (ouf, c'est pas inutile). "

Le problème initial n'est néanmoins pas résolu : on observe toujours diffraction que lorsque les cornets sont face à face. Le prof de fac sui nous a expliqué cette expérience avant les vacances devrait (s'il est disponible) venir au lycée après les vacances, ce qui nous permettrait sans doute de mieux comprendre d'où vient le problème. Les cristaux ? Les ondes ? Les lentilles ? Le générateur ?

 

En conclusion, il y a encore du travail pour cette expérience.

 

• Les fêtes de la science

 

Les 15 et 16 octobre dernier, nous avons donc tenu un stand à l'INRA d'Orléans la Source-Olivet-Ardon pour présenter aux visiteurs notre projet « Un plongeon vers l'invisible, ça vous tente ? ». Beaucoup n'ont pas osé venir nous voir ; on en a donc profité pour travailler sur chaque expérience, sur le diaporama, sur le rapport, etc. D'autres sont venus nous poser des questions, les échanges ont été plutôt intéressants.

Néanmoins, les officiels ne sont pas venus nous voir : c'est dommage, mais on a eu le soutien du proviseur du lycée qui est venu le samedi et le dimanche !

 

Quelques photos :

 

 

 

 

• Les vacances

 

C'est déjà les vacances (!), mais elles ne vont pas être de tout repos. Il va falloir que l'on rédige au moins les deux-tiers du rapport (le plan brouillon a été fait pendant les fêtes de la science et je l'ai mis sur Skydrive).

Il va donc falloir que l'on se répartisse les tâches afin d'être les plus efficaces possibles.

Donc à voir très rapidement. 

Suite du mail de Madame Baurrier : 

"... Cependant pour améliorer le dispositif et récupérer un max de rayonnement, on met une lentille convergente (ouf, c'est pas inutile). Je vous joins mes mesures sur excel. Par contre, le diagramme ne me convient pas : il en faut un en polaires (voir papier). A vous de trouver un moyen.

Dans la loi de Bragg le n  n'est pas un indice de réfraction mais un nombre entier non nul (N* en math) 1, 2 .... signifiant qu'il faut qu'il y ait une différence de marche entre 2 rayons diffractés égale à un multiple de la longueur d'onde pour des interférences constructives. Sur la diapo à reprendre, bien préciser la signification des lettres y compris le sin (teta)."

Il faudra bien faire attention à ceci, ça pourrait fausser tout nos calculs... 

 

Voilà pour ce récap'.

C'est un « récap' participatif » : si j'ai oublié des éléments, c'est volontaire !

  Commentaires : Charlie

Salut à tous les « olympieux », comme dit notre prof de physique !

En effet un récap participatif, collaboratif même, on se partage la tache, il me revient celle de prolonger le très beau récap de Damien !

Plein de choses à dire c’est la folie.

 

 

 

 

Reprenons d’abord ce que Damien a dit :

 

1/ Pour la diffraction laser rien à dire, il a raison tout va bien de ce côté, ne pas oublier les différentes méthodes utilisées pour mesurer la taille des fils : comparaison avec des gabarits étalonnés, calcul avec la formule, mesure par microscope optique.

 

2/ Pour l’expérience des billes, plus de choses à dire.

Comme l’a dit Damien, les billes focalisent la lumière à une certaine distance, ce qui explique les montagnes ou les collines selon si on se trouve sur telle ou telle bille de tel ou tel diamètre.

On épargne les calculs de focalisation au fidèle lecteur.

 

On a pensé refaire des mesures : l’une mesurant la luminosité, avec la photorésistance à une certaine distance de la bille (à plus ou moins 0,5 centimètres donc) pour mettre en évidence cette focalisation, et l’autre mesurant la luminosité de billes de différents diamètres sur une ligne (billes tenant grâce à des rampes).

Ces deux expériences ne donneront de toute façon pas de bonnes mesures car (et c’est ce dont Damien parle lorsqu’il annonce des limites à l’expérience) notre montage ne nous permet pas une telle précision, on ne sait pas si on se trouve pile au-dessus d’une bille ou juste à côté.

 

3/ Pour l’expérience du cristal tournant, on a des belles lentilles, pas besoin d’y revenir.

Mais pour le montage en lui-même… On a tout ce qu’il faut au lycée, on a réalisé le montage. On ne perçoit de signal que quand l’émetteur est en face du récepteur ! Sinon rien ! Pas de diffraction, rien, nada, niet.

D’où les mesures des ondes, dont l’émission se fait selon une forme ovaloïde, c’est une onde presque plane pour un angle de 20 cm, presque, d’où les lentilles !

Le professeur de fac va venir nous éclairer après les vacances, mais le concours approche…

 

4/ La fête de la science : Damien a tout dit, c’était sympa, on était dans une pièce excentrée dans un bâtiment excentré on a pu travailler un peu, le diapo surtout, et l’expérience des billes.

 

5/ Notons l’inscription au concours C. Génial. Merci à madame Baurrier qui va devoir nous supporter encore un peu plus longtemps.

 

 

 

 

 

Il est temps de revenir à la base. 

Les chercheurs du CEMHTI sont venus au lycée il y a quelques temps (quand on commençait à faire fondre de la paraffine) pour nous donner des conseils.

Il a beaucoup été question de fil rouge de notre projet, de ligne conductrice à suivre, pour notre problématique. Résumons, car j’ai piqué les feuilles à Damien, mais tu m’as piqué celles de la FDLS on est quittes.

 

 

Voir la matière.

Voir.

La matière.

 

Introduction synchrotron SOLEIL, visite en 2de : on veut faire pareil !

I. La matière : de quoi est-elle composée ? Matériaux ordonnés (et désordonnés), cristallo, maille définie dans l’espace qui se répète (différentes façons de s’ordonner).

II. Voir : Ondes électromagnétiques. Différents types d’ondes (schéma longueur d’onde/SOLEIL) => Quelle loupe dois-je utiliser pour voir ce que je veux voir ?

Puis interaction lumière/matière, et donc nos expériences. Billes puis laser puis cristal tournant.

Conclusion synchrotron SOLEIL, CERN.

 

Ceci pour l’oral plutôt.

Dans le dossier on doit plus insister sur nos manips’.

 

Dans la visée de « on commence par ce qu’on a sous la main » (billes et lampe de bureau) MAIS c’est pas ce qui se passe en vrai parce que la lumière n’est pas transparente (sauf monocouche absorption/transmission), puis diffraction laser, phénomène « habituel », puis cristal tournant, on sort de l’ordinaire, c’est ce qui se passe en « vrai » avec des RX.

 

J’ai résumé ici pour nous, pour le fidèle lecteur, mais pour soulever des questions (on remercie les passants à la fête de la science qui ont posé des questions pertinentes).

 

 

 

 

Liste de questions 

...dont on ne répond pas de manière claire.

 

- Mais… Si on prend la bonne loupe pour voir le bon échantillon et qu’il faut le même ordre de grandeur, pourquoi prendre la lumière visible pour les billes et pas des ondes centimétriques ? La bille de 0,5 cm est loin de la longueur d’onde de 400-800 nm !

 

- Mais… Vous ne parlez que d’expériences en 2D non ? La matière est constituée de mailles en 3D pourtant ! Le cristal tournant est-ce une expérience 2D ou 3D sachant qu’on ne prend que des familles 2D ?

 

- Mais… Comment retrouver la famille du plan cristallin qui diffracte avec un pic de diffraction ?

 

- L’enchainement entre les différentes expériences est plutôt clair, on part de ce qu’on a sous la main et on complexifie pour plus de réalisme par rapport à ce qui se passe à l’échelle de l’atome. C’est pas une question mais ça l’a été pendant longtemps donc…

 

 

 

On peut faire une ouverture sur le fait qu’on ne décrit que des phénomènes d’absorption. Il y a d’autres techniques pour analyser la matière désormais, les techniques d’émission, réduisant le bruit de fond, progrès dans l’analyse car résultats plus précis(D’un niveau excité à la relaxation). (cf RMN : http://fr.wikipedia.org/wiki/Spectroscopie_RMN)

 

 

Je termine en récapitulant ce qu’on doit faire :

 

 

A faire :

Carto billes ! -> On veut voir la matière. On ne peut pas prendre la photo de la surface qu’on étudie dans l’expérience des billes (on ne peut donc pas comparer), mais on peut retrouver la structure des billes grâce à nos résultats, il faudra donc que pour la carto 3D de surface avec toutes les billes on dise quelle bille correspond à quel pic etc.

 

Schéma diffraction laser ! -> Je tiens à ce que nous fassions tous nos schémas, et celui-là risque de nous prendre environ une microseconde donc…

 

Diapo ! -> Il va falloir changer le fond gris de notre diapo qui ne fait pas bien sérieux, et compléter ce qu’il faut.

 

Dossier ! -> Il faut commencer à taper, pas au kilomètre cette fois car on n’a que 20 pages ! Il faut aller à l’essentiel, résumer les problèmes rencontrés, les solutions réalisées, les calculs… calculés.

 

Pour la répartition, on verra, Yohann n’a pas beaucoup de temps pendant les vacances alors Damien et moi allons nous y mettre.

 

 

Prêts, feu, extrudez !