Mécanique - LD Didactic
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1. Les plaques faces planes et parall les provoquent un d pla cement parall le et les prismes dirigent les ondes dans une direction qui s carte de l angle de r fraction Les fronts d ondes derri re le prisme peuvent tre perturb s par diffraction aux ar tes des prismes et par les interf rences qui en d coulent c R fraction d ondes la surface de l eau sur les len tilles Les ondes sont r fract es au passage des lentilles Apr s avoir t r fract s par la lentille biconvexe les rayons de direction perpendiculaires aux fronts d ondes passent par un point foyer La distance entre le foyer et le centre de la lentille distance focale augmente lorsque la fr quence d excitation et la profondeur augmentent Les rayons de direction sont cart s lors de la r fraction par la lentille biconcave de telle sorte qu ils semblent provenir d un point devant la lentille Lorsque la fr quence d excitation et la profondeur augmentent les rayons de direction se rapprochent de l ajustage initial Les ondes sont r fract es lorsqu elles p n trent et quittent la zone au dessus des lentilles La r fraction lors de l entr e dans la zone n est pas prendre en compte Fig Repr sentation de la r fraction sur une fronti re plane n axe d incidence a angle d incidence ici 28 B angle de r fraction ici 15 longueur d onde dans la r gion 1 ici 2 1 cm A2 longueur d onde dans la r gion2. longueur d onde dans la r gion 1 A2 longueur d onde dans la r gion 2 Pour l observation on place une plaque faces planes et paral l les dans la cuve ondes remplie d eau Il y a apparition de r gions de profondeurs diff rentes et donc de vitesses d onde diff rentes La construction d un prisme de d viation d une lentille bicon vexe de focalisation ou d une lentille biconcave pour la diver gence de faisceaux d ondes sont les applications pratiques de la r fraction Fig 1 Refraction des ondes la surface de l eau photos En haut r fraction des ondes la surface de l eau sur un prisme Au milieu marche des rayons convergente derri re une len tille biconvexe En bas marche des rayons divergente derri re une lentille bi concave P1 6 4 4 Mat riel 1 cuve ondes avec stroboscope moteur 401 501 en compl ment Liquide vaisselle feuilles transparentes feutres pour transparents ruban adh sif r gle rapporteur Montage Le montage exp rimental est repr sent en Fig 2 monter la cuve ondes sur une surface stable se conformer la notice d utilisation de la cuve ondes Utiliser le niveau bulles et v rifier que la plaque de verre soit horizontale Ne pas encore remplir d eau placer la plaque en verre acrylique faces planes et paral l les dans la cuve ondes voir Fig 3 Remplir d eau avec pr caution jusqu 1 mm au dessus de la plaque brancher l
3. n 0606 Brn Mecanique Etude des ondes Propagation des ondes a la surface de l eau Objectifs experimentaux LEYBOLD Handbl tter Physik P1 6 4 4 Refraction des ondes a la surface de l eau E observation du changement de la direction de propagation d ondes la surface de l eau rectilignes lors du passage d une zone une autre de profondeur diff rente au corps faces planes et parall les E comparaison du changement des directions de propagation et des longueurs d ondes des ondes la surface de l eau lors du passage d une zone une autre de profondeur diff rente et confirmation de la loi de r fraction E observation de la r fraction des ondes la surface de l eau sur un prisme lignes de s paration rectilignes E observation de la r fraction des ondes la surface de l eau sur une lentille biconvexe lignes de s paration courbes observation de la r fraction des ondes la surface de l eau sur une lentille biconcave lignes de s paration courbes Principes de base Tant que la profondeur de l eau n est pas beaucoup plus grande que la longueur d onde la vitesse d onde augmente avec la profondeur La direction de propagation des ondes rectilignes change avec la vitesse d onde lors du passage d une zone une autre de profondeur diff rente On parle de r fraction d o la loi de r fraction voir Fig 7 sina _ sin o a angle d incidence B angle de r fraction 1
4. 2 ici 1 2 cm LEYBOLD DIDACTIC GMBH Leyboldstrasse 1 D 50354 H rth Phone 02233 604 0 Telefax 02233 604 222 e mail info leybold didactic de by Leybold Didactic GmbH Printed in the Federal Republic of Germany Technical alterations reserved
5. aire l exp rience d crite plus haut LEYBOLD Fiches d exp rience de physique P1 6 4 4 c Brechung von Wasserwellen an einer Bikonvexlinse und einer Bikonkavlinse Prisma herausnehmen Hindernis mit gro em Spalt in die Mitte der Wellenwanne legen und Bikonvexlinse aus Kunststoff in den Spalt legen Ggf Stroboskopscheibe aus dem Strahlengang drehen so da die Glasscheibe im Boden der Wellenwanne vollst ndig ausgeleuchtet ist Eine Frequenz von ca 20 Hz einstellen die Amplitude der Erregung vorsichtig erh hen bis die Wellen hinter der Linse deutlich sichtbar sind Evtl Wasserstand korrigieren Ausbreitungsrichtungen vor und hinter der Linse miteinan der vergleichen Mit Stroboskop stehendes Wellenbild erzeugen Verschiedene Erregerfrequenzen zwischen 10 Hz und 80 Hz einstellen Wenn n tig Erregeramplitude anpassen Ausbreitungsrichtungen wie oben vergleichen Versuch mit einem Wellenpaket wiederholen Brechung der Wasserwellen bei verschiedenen Wassertie fen beobachten Wasser hinzu gie en eine Erregerfre quenz von ca 20 Hz einstellen und durch Ablassen des Wassers Wassertiefe vorsichtig verringern Wellenbild beo bachten Bikonvexlinse durch die Bikonkavlinse erset
6. et parall les repr sente une fronti re entre les zones de profondeurs diff rentes dans les quelles la vitesse de propagation et la longueur d onde chan gent Les ondes sont plus lentes dans l eau peu profonde et la longueur d onde diminue La direction de propagation change lors du passage de l eau profonde l eau peu profonde et les ondes planes sont r frac t es lors du passage vers l axe d incidence passage du milieu peu dense vers le milieu plus dense La loi de r fraction s applique sina _ M Mf v sin o AD f Vo a angle d incidence Fig 6 R fraction d ondes la surface de l eau rectilignes sur une pla que faces planes et parall les photo LEYBOLD Fiches d exp rience de physique B angle de r faction f fr quence d excitation A1 Ao2 longueurs d onde dans les r gions 1 et 2 V4 Vo vitesses dans les r gions 1 et 2 La r fraction d pend de la fr quence d excitation Pour des fr quences d excitation sup rieures l onde est moins r fract e Lors du passage dans l eau plus profonde les ondes sont r fract es et s ecartent de laxe perpendiculaire Les directions de propagation devant et derri re la plaque faces planes et parall les sont les m mes Les valeurs des angles de r fraction des deux r fractions sont identiques b R fraction d ondes a la surface de l eau rectilignes sur un prisme La direction des ondes est influenc e par la forme des corps
7. excitateur d ondes rectilignes et le placer devant la plaque faces planes et parall les voir Fig 3 fixer une feuille transparente avec le ruban adh sif sur l cran g R alisation a R fraction d ondes la surface de l eau rectilignes sur les ar tes de la plaque faces planes et parall les ventuellement sortir le disque stroboscopique de la marche des rayons l aide de la vis molet e f de mani re ce que la plaque de verre au fond de la cuve ondes soit totalement clair e r gler la fr quence 20 Hz avec le bouton e et augmenter doucement l amplitude d excitation avec le bouton d jus qu apparition de fronts d ondes nets voir le mode d emploi de la cuve ondes r gler la profondeur d immersion de l excitateur avec la vis de r glage h si n cessaire changer la profondeur de l eau s il n y a pas d ondes nettes sur la plaque faces planes et parall les comparer les directions de propagation longueurs d ondes devant et sur la plaque faces planes et parall les pour la comparaison quantitative des longueurs d ondes et des directions de propagation brancher le stroboscope avec l interrupteur a apr s un bref temps de d marrage r gler la synchronisation des fr quences de l excitateur et LEYBOLD Fiches d exp rience de physique du stroboscope avec le bouton b jusqu obtention d une image d ondes nette marquer les ar tes de la pla
8. nde unique c b R fraction d ondes la surface de l eau sur un prisme sortir la plaque faces planes et parall les et placer le prisme au milieu de la cuve ondes voir Fig 4 Placer l obstacle a grande fente sur le prisme Couvrir le c t court du prisme avec le tiroir de recouvrement large Fixer une feuille transparente sur l cran g ventuellement sortir le disque stroboscopique de la marche des rayons l aide de la vis molet e f de mani re ce que la plaque de verre au fond de la cuve ondes soit totalement clair e r gler une fr quence de 20 Hz environ augmenter douce ment l amplitude d excitation jusqu ce que les ondes soient nettement visibles derri re la lentille Corriger le niveau d eau si n cessaire comparer les directions de propagation devant et derri re la lentille produire une image d onde stationnaire avec le strobo scope r gler diff rentes fr quences d excitation entre 10 et 80 Hz Adapter l amplitude d excitation si n cessaire Comparer les directions de propagation comme plus haut refaire l essai avec un paquet d ondes observer la r fraction des ondes la surface de l eau pour diff rentes profondeurs Ajouter de l eau r gler une fr quence d excitation de 20 Hz environ et r duire doucement la profondeur en vacuant de l eau Observer l image d on des remplacer la lentille biconvexe par la lentille biconcave et ref
9. que faces planes et parall les la direction de propagation des ondes la surface de l eau devant et sur la plaque et l cart des fronts d ondes sur la feuille transparente repr senter laxe d incidence et mesurer les angles d inci dence et de r fraction mesurer les longueurs d onde dans les deux regions Mesu rer galement l cart entre 2 fronts d ondes sur l cran g Tenir compte de l chelle d affichage pour la d termination de la longueur d onde voir le mode d emploi de la cuve ondes comparer les angles d incidence et de r fraction avec les longueurs d onde correspondantes voir tableau 1 r gler diff rentes fr quences d excitation entre 10 et 30 Hz Mesurer les directions de propagation et les longueurs d ondes comme plus haut et les comparer faire varier la direction de londe incidente en changeant la position de la plaque faces planes et parall les ou de l excitateur d ondes Mesurer les directions de propagation et les longueurs d onde comme plus haut et les comparer augmenter l amplitude d excitation avec le bouton d jus qu ce que les ondes soient visibles derri re la plaque Comparer la direction de l onde r fract e deux fois avec la direction de londe initiale refaire l essai avec un paquet d ondes Eventuellement sortir le disque stroboscopique de la marche des rayons tourner le bouton d amplitude d enti rement gauche et actionner le bouton d excitation d o
10. zen und obige Versuchsschritte wiederholen Fig 2 Montage experimental pour la r fraction d ondes la surface de l eau interrupteur du stroboscope bouton r glage fin de la fr quence du stroboscope bouton poussoir excitation d ondes uniques bouton r glage de l amplitude de l excitation d ondes bouton r glage de la fr quence de l excitation d ondes vis molet e rotation manuelle du disque stroboscopique g cran d observation Oo Q Oo 9 Fig 3 Branchement de l excitateur d ondes rectilignes et disposition de la plaque faces planes et parall les en verre acrylique h vis de r glage r glage de la profondeur d immersion Fig 4 Disposition du prisme et de l excitateur d ondes rectilignes Fig 5 Disposition de la lentille et de l excitateur d ondes rectilignes P1 6 4 4 Exemple de mesure a R fraction d ondes la surface de l eau rectilignes sur les ar tes d une plaque faces planes et parall les Tab 1 r sultats de mesures de la r fraction d ondes la surface de l eau La Fig 6 est une photo d un exemple de mesure La Fig 7 montre le r sultat sch matique b R fraction d ondes rectilignes sur un prisme et des len tilles R fraction d ondes rectilignes sur un prisme et des lentilles R sultats a R fraction d ondes la surface de l eau rectilignes sur les ar tes d une plaque faces planes et parall les Le bord de la plaque faces planes
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