[MAJ 08/11] ** RÉPONSES DES PROFS & QUESTIONS RÉCURRENTES **

[Mewtwo]

Bonjour !

Au cours du semestre les réponses aux questions adressés aux professeurs de Physique sur des points ambigus ou difficile (cours & QCM) ou problèmes de compréhension que vous aurez signalé à plusieurs reprises seront publiés à chaque fois ici.

Rappelez-vous qu'il est toujours intéressant de faire un tour ici pour compléter le cours.

[Mewtwo]

Salut, nous avons eu la réponse très rapide du professeur Sepulchre à propos du QCM 1 du cours du 11/09 sur lequel il y a eu un petit souci.
La bonne version est dans la ronéo, mais on la met aussi ici pour ceux qui ne travaille pas avec ce support !

Tutorat :

Bonjour,

Dans le premier QCM que vous avez donné lors de votre premier cours, vous avez compté cet item comme juste :
"Quand une voiture freine dans un virage, son vecteur vitesse cesse d'être tangent à la courbe décrivant le virage"

Mais, comme le vecteur vitesse est toujours tangent à la trajectoire nous pensons que cet item est faux. Du coup je viens à vous pour avoir une précision sur ce QCM.

Merci d'avance.

Réponse du professeur Sepulchre :

Bonsoir,

Merci pour votre remarque. Oui, la première proposition était bien entendu fausse. Je pense bien avoir avoir exprimé oralement que c’était faux, même si j’ai malencontreusement compté cet item juste sur la diapo.

Pour éviter toute confusion je mettrai ces QCM en ligne avec leur correction (après la second cours).

Bien cordialement.


Voilà, comme ça les doutes sont évaporés !

[levure]

Bonjour, nouvelles réponses à propos de certaines de vos interrogations.

Tutorat :

Bonjour,

Lorsque la composante M perpendiculaire de l’aimantation est nulle, le moment magnétique des protons est colinéaire au champ B0.
Un étudiant fait remarquer que les composantes de l'aimantation sont soumises à une loi exponentielle et par conséquent, ne peuvent être nulles.

Merci d'avance,
Cordialement.

Réponse du professeur Legrand :

Bonjour,

Une exponentielle décroissante tend asymptotiquement vers 0. Dès lors la composante perpendiculaire de M tend bien vers 0.
A l’équilibre thermodynamique, en l’absence de champ tournant ou longtemps après son extinction, le moment magnétique macroscopique est aligné avec B0.

Cordialement.


Tutorat :

Bonjour,

J'ai une question concernant le QCM 11 du cours d'optique :
On considère un dioptre sphérique convexe, avec un rayon de courbure de 2 m séparant l'air et du verre (n'=1,5) :

A) L'image d'un objet réel par ce dioptre est réelle (compté vrai)

Mais si je ne trompe pas dans mes calculs, il faut que l'objet soit situé au moins 4 m avant le dioptre pour que son image soit réelle.

Réponse du professeur Sepulchre :

Bonjour,

[...]

Quant au QCM 11 que j’avais donné en cours d'optique, vous avez raison, l’item D est faux.
Pour qu’il soit compté vrai il faudrait le remplacer par exemple par :
L'image d'un objet réel par ce dioptre n’est réelle que si l’objet est situé au moins 4 m avant le dioptre.


Je mettrai une version corrigée de ce QCM sur Jalon.

Cordialement.



Et voilà, merci aux profs d'avoir répondu si tôt qu'on leur a envoyé les questions.

[Mewtwo]

Hello !

Il semble que le calcul des modes actifs longitudinaux des lasers vous pose problème, alors je vous fait un récap' des réponses que j'ai donné pour vous expliquer comment procéder facilement.

1) L'exemple du cours

Bonjour

Voici une capture du cours d'optique 2, je ne comprends pas bien les calculs qui ont amené a ce résultat, 5 x 10⁸ correspond a v₁ ?!

Et surtout comment on en déduit que 1 GHz correspond a 2 ou 3 modes actifs ?!

Merci de votre aide

Capture d’écran 2014-10-06 à 14.08.08.png (69.57 Kio) Vu 2974 fois

Réponse :

Pour commencer, 5 x 10⁸ Hz correspond à la fréquence de résonance fondamental du dispositif : c'est la plus petite fréquence qu'on peut avoir au sein de la cavité et qui satisfait la condition de résonance.

Petit rappel : Pour avoir résonance il faut que 2L = n λ, avec L la longueur de la cavité. Donc en remplaçant λ par c/υ (υ étant la fréquence) et en isolant υ on se retrouves avec υ = n c / (2L) où c/2L est la fréquence de résonance fondamental υ_r. Donc toute onde stationnaire dans la cavité doit avoir une fréquence multiple de la fréquence de résonance tel que υ = n υ_r.

Ici la cavité fait 0,6 m aller-retour, il s'agit donc simplement de remplacer 2L par 0,6 et on trouve c / 2L = 3 x 10⁸/0,6 = 5 x 10⁸ Hz pour obtenir cette fameuse fréquence de résonance fondamentale. C'est tout simple en fait. Donc dans cet exemple, υ_r = 0,5 GHz.

Ensuite v₁ - v₂ correspond à la largeur de l’intervalle en fréquence sur lequel le gain l’emporte sur l’absorption, elle est normalement donnée, d'ailleurs elle est de 1 GHz ici.

On a donc un intervalle de 1 GHz pour se débrouiller. Là c'est la partie qui semble "tendue" pour la plupart d'entre vous, je propose donc une petite analogie.

Vous incarnez Wilfried, un petit gars au CM2, qui se retrouve avec un exo de math à faire. L'énoncé demande combien de craies peut-on placer dans une boite large de 1 dm sachant que chaque craie doit être espacée de 0,5 dm.

A) 2            B) 3             C) 4            D) 5            E) 6

A votre avis ? La réponse est simple, on peut mettre 3 craies au max dans cette boite, donc les bonnes réponses sont A et B.
En schéma ça fait : |-- 0,5 dm --|- -0,5 dm -- |.

Par analogie, la largeur de la boite correspond à la largeur de l'intervalle en fréquence, donc l'espace entre les craies correspond à la fréquence de résonance fondamental. Les craies correspondent aux modes actifs longitudinaux. On ne parle pas en "m" mais en "Hz". C'est tout.

En schéma ça donne :

Sans titre.png (6.07 Kio) Vu 2974 fois

Là c'est pareil, on peut sans problème mettre 2 modes actifs séparés de 0,5 GHz dans l'intervalle en fréquence de 1 GHz, comme on peut en mettre 3 séparés aussi de 0,5 GHz mais c'est le maximum possible.
Donc combien de modes actifs longitudinaux ? 2 à 3.

On enchaîne sur un autre exemple.

2) Le QCM vu en cours

La largeur de l’intervalle en fréquence sur lequel le gain l’emporte sur l’absorption est de 1,5 GHz.
La cavité du laser est un fabry-pérot de longueur 15cm.
Le nombre de modes actifs peut être :

A) 1            B) 2            C) 3            D) 4            E) 5

STEP 1 : Il faut calculer la fréquence de résonance fondamentale υ_r de la cavité : elle vaut c/2L. c/2L = 10⁹ Hz = 1 GHz.

STEP 2 : La largeur de l'intervalle en fréquence sur lequel le gain l'emporte sur l’absorption est 1,5 Ghz (c'est quand 2gl > η sur le schéma du cours en fait qu'on retrouve ci-dessous).

Là on doit se débrouiller avec une fréquence de résonance fondamental de 1 GHz sur un intervalle de 1,5 GHz. Grossièrement, un espace de 1 GHz comme ça correspond à l'espace entre 2 pics (pleins) situés dans l'intervalle autorisé de 1,5 GHz.

Là on n'a comme possibilité que 1 ou 2 modes actifs selon le même raisonnement que l'exo avec les craies au-dessus. Si on peut avoir deux mode actifs, aucune raison de pas en avoir moins, tant qu'ils sont séparés entre eux d'une valeur égale à la fréquence de résonance fondamentale. Les bonnes réponses sont donc A et B.

J'espère que c'est plus clair pour vous.


PS : ATTENTION si on vous demande le nombre maximum de mode actifs longitudinaux, il n'y aura qu'une seule et UNIQUE réponse possible évidemment.

[Mewtwo]

Bonjour ! Cette fois c'est le Dr. Baillif qui nous répond

Tutorat :

Bonjour,

1) Peut-on dire qu'une personne presbyte est emmétrope sachant que la presbytie est une amétropie dynamique ?

2) Est-ce que dans le cadre du cours d'optique médicale les traitements chirurgicaux (implants, lasers) sont à connaître pour le concours ou est-ce juste à titre informatif ?

Merci d'avance !

Réponse du Dr. Baillif :

Bonjour, voici les réponses à vos questions :

Une personne presbyte est emmétrope si la presbytie n'est pas associée à un astigmatisme ou à une myopie/hypermétropie

Les traitements chirurgicaux ne sont pas à connaitre pour le concours et étaient présents à type informatif.

Très cordialement.


Bon courage !

[Mewtwo]

Bonjour ! Le professeur Sepulchre a répondu aux questions que nous lui avons transmis, il en profite pour faire des rappels de cours, enjoy it.

1) La notion d’interfrange est liée à celle d’interférence. Elle est définie sur ma diapo 31 du cours d’optique.

Pour rappel lorsque 2 sources ponctuelles monochromatiques, éloignées l’une de l’autre d’une distance a émettent de la lumière sur un écran éloigné (parallèle au segment qui joint les 2 sources), on voit une variation périodique de l’intensité lumineuse, avec une alternance de franges sombres et de franges claires.

L’interfrange est alors définie comme la distance entre 2 franges claires (ou deux franges sombres). Elle est égale à i = lambda/a . D où lambda est la longueur d’onde utilisée, a est la distance entre les sources ponctuelles et D est la distance entre les sources et l’écran d’observation.

2) L’espacement périodique entre les franges peut aussi être caractérisé comme un intervalle angulaire mesuré, par exemple à partir du point milieu entre les 2 sources. Cet angle est donné par la formule : Delta theta = lambda/a ;
On peut aussi appeler cet angle une « largeur angulaire ».

3) La notion de demi-angle de diffraction est, comme le terme l’indique, reliée au phénomène de diffraction et non au phénomène d’interférence;
ici il s’agit d’une seule source monochromatique, et non deux, qui émet de la lumière à travers une ouverture (p.ex. une fente) de largeur b.
Alors on observe sur un écran éloigné, non plus une variation périodique de l’intensité mais une tache lumineuse centrale, et des taches satellites d’intensité décroissante (cf. diapo n° 37 ).
La tache centrale est caractérisé par une largeur angulaire Delta theta = 2 lambda/b ; Par conséquent la quantité lambda/b correspond au demi-angle de diffraction.

Remarquons que les notions d’interférence et de diffraction peuvent être combinées dans l’expérience des fentes d’Young (diapo n°41).
Ici il y a 2 sources séparées d’une distance a, mais elles ne sont pas ponctuelles : elles ont chacune une largeur b. La figure d’intensité qui en résulte montre encore tache lumineuse centrale, de largeur angulaire 2 lambda/b; mais de plus, l’intensité lumineuse de la tache centrale est elle-même modulée périodiquement, avec un intervalle angulaire plus petit, égale à lambda/a. (Il est logique que cette modulation corresponde à un écart angulaire plus petit que celui de la tache centrale car on a a > b. En effet, comme on le voit sur la diapo 41, la distance a entre le centre des 2 fentes est nécessairement plus grand que la largeur b de chaque fente.

Séance de révision

Je réponds aussi à une question qui m’avait été posée concernant la première partie « bases physiques ».

On considère une bille de masse m située à une hauteur z=h dans un référentiel où l'axe Oz est orienté verticalement vers le haut. La bille est uniquement soumise à la force de pesanteur.
Item B : "Le temps de chute libre entre z = h et z = 0 peut dépendre des composantes horizontales de sa vitesse initiale"

Est-ce que le temps d’une chute libre peut dépendre des composantes horizontales de la vitesse d’une masse m ?
La réponse est non. Sur la diapo n° 15 de mon cours, on peut lire une équation du second degré qui relie z(t) à h, v0z et t, mais pas v0x et v0y.
Le temps de chute d’une masse m est obtenu en résolvant cette équation en t pour z(t) = 0. Clairement, la solution t(h,v0z) de cette équation dépend de v0z et t, mais pas v0x et v0y.


Enfin il y avait la question :

Dans le cas où on considère un dipôle soumis à un champ électrique, si ce dipôle est en position
d'équilibre stable, considère-t-on son énergie potentielle comme minimale ou maximale ? Car la logique voudrait que son énergie potentielle
soit nulle. Or elle est négative, et en valeur absolue elle est maximale.

On a vu en cours qu’une position d’équilibre stable correspondait à un minimum de l’énergie potentielle. Pas nécessairement à une énergie potentielle nulle ! Une énergie potentielle U est définie à une constante près, donc la valeur U=0 est arbitraire et dépend du choix de cette constante;
En particulier pour le dipôle électrique, la diapo 42 montre que le minimum de l’énergie potentielle U est atteint pour theta = 0, c’est à dire le dipôle aligné avec le champ électrique et pointant dans le même sens. C’est la configuration d’équilibre stable.

"surtout, n’hésitez pas à relancer les étudiants sur le fait qu’ils ont tout intérêt à bien travailler les QCMs de la séance de révision !"

Cordialement,
Jacques-Alexandre Sepulchre


Voilà pour le mail, les profs de physique ont l'air bien décidé à vous rendre les choses plus faciles encore au concours.