This physics problem tests your understanding of fundamental physical laws and their applications. The step-by-step solution below breaks down the problem using relevant equations and physical reasoning.
ScanSolve AI Answer
Andao hovaliana ity laza adina Fizika ity araka ny fenitra ofisialy sy amin'ny antsipiriany. --- EXERCICE I (SESSION 2014) Données: Équation horaire du mouvement de S_1: Y_1(t) = 3,10^-3 (100 t) (en m, et t en s) Équation horaire du mouvement de S_2: Y_2(t) = 3,10^-3 (100 t) (en m, et t en s) Célérité de propagation des ondes: V = 20 m/s Distance entre les sources: S_1S_2 = 1 cm = 0,01 m 1) Qu'observe-t-on sur la surface libre du liquide? Principe physique: Rehefa misy loharano roa (S1 sy S2) mamoaka onja mitovy matetika sy mitovy amplitude ary mitovy phase (na phase constante), dia misy phénomène d'interférence miseho. Observation: Amin'ny surface libre du liquide, dia misy phénomène d'interférence miseho. Hita eo ny faritra misy onja miakatra sy midina be (ventres d'amplitude) ary faritra tsy mihetsika (nœuds d'amplitude). 2) Quel phénomène physique se produit-il? Réponse: Ny phénomène physique miseho dia ny interférence des ondes. 3) Calculer la longueur d'onde. Formule: Ny fifandraisana eo amin'ny célérité V, ny fréquence f ary ny longueur d'onde dia V = f. Dingana 1: Kajiana ny fréquence f avy amin'ny équation horaire. Ny équation horaire dia amin'ny endrika Y(t) = A ( t + ). Eto, Y_1(t) = 3,10^-3 (100 t). Ny pulsation angulaire = 100 rad/s. Fantatra fa = 2 f. 100 = 2 f f = (100 )/(2 ) = 50 Hz Dingana 2: Kajiana ny longueur d'onde . Ampiasaina ny formule V = f. = (V)/(f) Soloy ny soatoavina: V = 20 m/s ary f = 50 Hz. = 20 m/s50 Hz = 0,4 m Fehiny: Ny longueur d'onde dia = 0,4 m. 4) Déterminer l'état vibratoire d'un point M de la surface libre du liquide, tel que S_1M = d_1 = 2,5 cm et S_2M = d_2 = 3,3 cm. Principe physique: Ny état vibratoire an'ny point M dia miankina amin'ny différence de marche = |d_2 - d_1|. • Raha = k (miaraka amin'ny k Z), dia ny point M dia ventre d'amplitude (interférence constructive). • Raha = (k + (1)/(2)) (miaraka amin'ny k Z), dia ny point M dia nœud d'amplitude (interférence destructive). Dingana 1: Kajiana ny différence de marche . d_1 = 2,5 cm = 0,025 m. d_2 = 3,3 cm = 0,033 m. = |d_2 - d_1| = |0,033 m - 0,025 m| = 0,008 m Dingana 2: Ampitahaina amin'ny . ()/() = 0,008 m0,4 m = (8)/(400) = (1)/(50) = 0,02 Koa satria 0,02 dia tsy entier (ho an'ny ventre) ary tsy entier + 0,5 (ho an'ny nœud), dia tsy ventre na nœud ny point M. Misy hadisoana kely amin'ny fanontaniana na ny soatoavina omena, satria matetika dia tokony ho ventre na nœud ny valiny andrasana. Andao jerena indray ny calcul. Raha toa ka ny S_1 sy S_2 dia mitovy phase, ny fepetra ho an'ny: Ventre: = k Nœud: = (k + (1)/(2)) Andao averina ny kajy: = 0,008 m. = 0,4 m. ()/() = (0,008)/(0,4) = (8)/(400) = (1)/(50). Tsy entier, tsy entier + 0,5. Mety misy fahadisoana amin'ny soatoavina omena. Raha toa ka d_1 sy d_2 dia tokony ho 2,5 cm sy 3,3 cm, dia ny point M dia tsy ventre na nœud. Fanamarihana: Raha toa ka ny fanontaniana dia manantena valiny hoe ventre na nœud, dia mety misy fahadisoana amin'ny soatoavina. Raha tsy izany, dia ny point M dia manana amplitude intermédiaire. Amin'ny toe-javatra mahazatra amin'ny Bac, dia tokony ho ventre na nœud ny valiny. Andao jerena raha misy soatoavina hafa mety ho nampiasaina. Raha toa ka d_1 = 2,5 cm ary d_2 = 3,3 cm, dia = 0,8 cm. = 0,4 m = 40 cm. ()/() = 0,8 cm40 cm = (8)/(400) = (1)/(50). Mbola mitovy ihany. Conclusion: Raha toa ka marina ny soatoavina rehetra, dia ny point M dia tsy ventre d'amplitude na nœud d'amplitude. Izy dia point intermédiaire. Na izany aza, amin'ny fanadinana, matetika dia misy valiny "tsara" andrasana. Mety misy fahadisoana kely amin'ny fanoratana ny soatoavina. Raha toa ka ny fanontaniana dia manantena valiny toy ny "ventre" na "nœud", dia tsy maintsy misy ny / ho entier na entier + 0,5. Ohatra, raha = 0,4 m, dia / = 1, ka ventre. Raha = 0,2 m, dia / = 0,5, ka nœud. Andao raisina fa marina ny soatoavina omena. Fehiny: Ny différence de marche = 0,008 m. Ny tahan'ny ()/() = 0,02. Koa satria tsy entier na entier + 0,5 ity tahan'ny ity, dia ny point M dia tsy ventre d'amplitude na nœud d'amplitude. Izy dia manana amplitude intermédiaire. POUR A2 SEULEMENT 5) Calculer le nombre de points qui vibrent avec une amplitude maximale sur le segment [S_1S_2]. On précisera la position de chaque point par rapport à S_1. Principe physique: Ny points izay mihetsika amin'ny amplitude maximale (ventres d'amplitude) dia mahafeno ny fepetra = k, izay k dia entier. Amin'ny segment [S_1S_2], ny différence de marche = |S_2M - S_1M|. Raha raisina ny axe S_1S_2 miaraka amin'ny S_1 amin'ny x=0 ary S_2 amin'ny x=S_1S_2. Ho an'ny point M amin'ny segment [S_1S_2], S_1M = x ary S_2M = S_1S_2 - x. Noho izany, = |(S_1S_2 - x) - x| = |S_1S_2 - 2x|. Na, raha raisina ny fomba mahazatra kokoa, ny différence de marche dia d_2 - d_1. Amin'ny segment S_1S_2, ny d_1 dia x ary d_2 dia S_1S_2 - x. Noho izany, ny différence de marche dia (S_1S_2 - x) - x = S_1S_2 - 2x. Ny fepetra ho an'ny ventre dia S_1S_2 - 2x = k. Dingana 1: Fantarina ny fetran'ny k. Ny point M dia eo amin'ny segment [S_1S_2], ka 0 x S_1S_2. S_1S_2 - 2x = k 2x = S_1S_2 - k x = (S_1S_2 - k)/(2) Ampiharina ny fetra 0 x S_1S_2: 0 (S_1S_2 - k)/(2) S_1S_2 0 S_1S_2 - k 2S_1S_2 -S_1S_2 -k S_1S_2 -S_1S_2 k S_1S_2 -(S_1S_2)/() k (S_1S_2)/() Dingana 2: Soloy ny soatoavina. S_1S_2 = 0,01 m. = 0,4 m. -(0,01)/(0,4) k (0,01)/(0,4) -0,025 k 0,025 Koa satria k dia entier, ny soatoavina tokana ho an'ny k dia k=0. Dingana 3: Kajiana ny position an'ny point ho an'ny k=0. x = (S_1S_2 - 0 · )/(2) = (S_1S_2)/(2) x = 0,01 m2 = 0,005 m = 0,5 cm Fehiny: Misy 1 point iray ihany mihetsika amin'ny amplitude maximale eo amin'ny segment [S_1S_2]. Ny toerany dia 0,5 cm avy amin'ny S_1. Io point io dia ny milieu an'ny segment S_1S_2. --- EXERCICE II (SESSION 2014) Données: Distance source S amin'ny arête O: d_1 = 1,2 cm = 0,012 m Distance écran E amin'ny arête O: d_2 = 30 cm = 0,30 m Longueur d'onde: = 0,56 m = 0,56 × 10^-6 m Distance entre la troisième frange obscure et celui de la frange brillante centrale: d = 0,75 mm = 0,75 × 10^-3 m 1) a) Faire le schéma du dispositif interférentiel, en précisant la marche des rayons lumineux et le champ d'interférence lumineuse. (Sary: Schéma an'ny miroirs de Fresnel) • Loharano S: Loharano lumineux ponctuel. • Miroirs de Fresnel (M1) sy M2): Miroir roa mitongilana kely, mamorona sary virtoaly roa S_1 sy S_2 an'ny S. • Arête O: Ny fihaonan'ny miroirs roa. • Écran (E): Eo no ahitana ny phénomène d'interférence. • Rayons lumineux: Ny rayon avy amin'ny S dia mamely ny M1 sy M2. Ny M1 dia mamorona sary virtoaly S_1. Ny M2 dia mamorona sary virtoaly S_2. Ny rayons avy amin'ny S_1 sy S_2 dia mifampiditra (interfèrent) eo amin'ny écran. • Champ d'interférence: Ny faritra eo amin'ny écran izay misy ny interférence, eo anelanelan'ny projection an'ny M1 sy M2. (Jereo ny sary eo ambany ho an'ny schéma) `mermaid graph TD subgraph Miroirs de Fresnel M1(Miroir 1) M2(Miroir 2) O(Arête O) end S(Source S) --> M1 S --> M2 M1 --> S1(Image virtuelle S1) M2 --> S2(Image virtuelle S2) S1 --> E(Écran E) S2 --> E style S fill:#fff,stroke:#333,stroke-width:2px style M1 fill:#eee,stroke:#333,stroke-width:2px style M2 fill:#eee,stroke:#333,stroke-width:2px style O fill:#ccc,stroke:#333,stroke-width:2px style S1 fill:#fff,stroke:#333,stroke-width:2px style S2 fill:#fff,stroke:#333,stroke-width:2px style E fill:#eee,stroke:#333,stroke-width:2px linkStyle 0 stroke:#f66,stroke-width:2px,fill:none; linkStyle 1 stroke:#f66,stroke-width:2px,fill:none; linkStyle 2 stroke:#f66,stroke-width:2px,fill:none; linkStyle 3 stroke:#f66,stroke-width:2px,fill:none; linkStyle 4 stroke:#f66,stroke-width:2px,fill:none; linkStyle 5 stroke:#f66,stroke-width:2px,fill:none; ` (Schéma: Ny S dia loharano. Ny M1 sy M2 dia miroirs. Ny S1 sy S2 dia sary virtoaly an'ny S. Ny E dia écran. Ny rayons avy amin'ny S1 sy S2 dia mifampiditra eo amin'ny E.) 1) b) Qu'observe-t-on sur l'écran d'observation (E)? Observation: Eo amin'ny écran, dia misy franges d'interférence miseho. Ireo franges ireo dia tsipika mifanitsy (na boribory raha tsy miroirs de Fresnel) misy franges brillantes (mazava) sy franges obscures (maizina) mifandimby. 2) La distance entre le milieu de la troisième frange obscure et celui de la frange brillante centrale, d'ordre zéro, est égale à d = 0,75 mm. Calculer l'interfrange i. En déduire la distance a = S_1S_2 qui sépare les deux images virtuelles S_1 et S_2 de S. Principe physique: • Ny position an'ny frange brillante d'ordre k dia x_k = k i. • Ny position an'ny frange obscure d'ordre k dia x'_k = (k + (1)/(2)) i. • Ny frange brillante centrale dia d'ordre k=0, ka ny position-ny dia x_0 = 0. • Ny frange obscure fahatelo dia d'ordre k=2 (satria ny voalohany dia k=0, ny faharoa k=1, ny fahatelo k=2). Ny position-ny dia x'_2 = (2 + (1)/(2))i = 2,5i. Dingana 1: Kajiana ny interfrange i. Ny distance d dia eo anelanelan'ny frange obscure fahatelo (x'_2) sy ny frange brillante centrale (x_0). d = |x'_2 - x_0| = |2,5i - 0| = 2,5i i = (d)/(2,5) Soloy ny soatoavina: d = 0,75 mm. i = 0,75 mm2,5 = 0,3 mm Fehiny: Ny interfrange dia i = 0,3 mm = 0,3 × 10^-3 m. Dingana 2: En déduire la distance a = S_1S_2. Formule: Ny interfrange i dia mifandraika amin'ny longueur d'onde , ny distance D eo anelanelan'ny loharano virtoaly sy ny écran, ary ny distance a eo anelanelan'ny loharano virtoaly roa amin'ny alalan'ny formule: i = ( D)/(a). Eto, ny D dia ny distance eo anelanelan'ny S_1S_2 sy ny écran. Ny S_1S_2 dia eo amin'ny distance d_1 avy amin'ny O, ary ny écran dia d_2 avy amin'ny O. Noho izany, D = d_1 + d_2. D = 0,012 m + 0,30 m = 0,312 m Ampiasaina ny formule i = ( D)/(a) mba hahazoana an'i a. a = ( D)/(i) Soloy ny soatoavina: = 0,56 × 10^-6 m, D = 0,312 m, i = 0,3 × 10^-3 m. a = (0,56 × 10^-6 m) × (0,312 m)0,3 × 10^-3 m a = 0,17472 × 10^-60,3 × 10^-3 = 0,5824 × 10^-3 m Fehiny: Ny distance a = S_1S_2 dia a = 0,5824 mm. POUR A2 SEULEMENT 3) Calculer, en radian, l'angle formé par les deux miroirs (M_1) et (M_2). Principe physique: Amin'ny miroirs de Fresnel, ny distance a eo anelanelan'ny loharano virtoaly roa S_1 sy S_2 dia mifandraika amin'ny distance d_1 an'ny loharano S amin'ny arête O ary ny zoro eo anelanelan'ny miroirs roa. Ny formule dia a = 2 d_1 . (Raha toa ka kely ny zoro , amin'ny radian). Dingana 1: Ampiasaina ny formule. a = 2 d_1 = (a)/(2d_1) Soloy ny soatoavina: a = 0,5824 × 10^-3 m, d_1 = 0,012 m. = 0,5824 × 10^-3 m2 × 0,012 m = 0,5824 × 10^-30,024 = 24,266... × 10^-3 rad Fehiny: Ny zoro dia ≈ 0,0243 rad. --- EXERCICE III (SESSION 2014) Données: Longueur d'onde de la lumière incidente: = 0,579 m = 0,579 × 10^-6 m Fréquence seuil du césium: _0 = 4,60 × 10^14 Hz Constante de Planck: h = 6,62 × 10^-34 J.s Célérité de la lumière dans le vide: c = 3,10^8 m/s Charge de l'électron: q = -e = -1,6 × 10^-19 C Masse d'un électron: m_e = 9,1 × 10^-31 kg 1 eV = 1,6 × 10^-19 J 1) Quel phénomène physique veut-on mettre en évidence par cette expérience? Réponse: Ny expérience dia mikendry ny hametraka an-tsary ny effet photoélectrique. 2) Pour interpréter ce phénomène, quelle nature doit-on attribuer à la lumière? Principe physique: Ny effet photoélectrique dia tsy azo hazavaina amin'ny alalan'ny théorie ondulatoire an'ny hazavana. Mila ampiasaina ny théorie corpusculaire. Réponse: Mba handikana ity phénomène ity, dia tsy maintsy omena ny hazavana ny nature corpusculaire (na nature quantique), izany hoe, heverina ho toy ny fitambaran'ny photons (na quanta d'énergie) ny hazavana. 3) Calculer, en joule puis en eV, l'énergie d'extraction d'un électron de la cathode. Principe physique: Ny énergie d'extraction (na travail d'extraction) W_0 dia ny énergie farany ambany ilaina mba hamoahana électron iray avy amin'ny surface an'ny métal. Mifandraika amin'ny fréquence seuil _0 amin'ny alalan'ny formule W_0 = h_0. Dingana 1: Kajiana ny énergie d'extraction W_0 amin'ny joule. W_0 = h_0 Soloy ny soatoavina: h = 6,62 × 10^-34 J.s, _0 = 4,60 × 10^14 Hz. W_0 = (6,62 × 10^-34 J.s) × (4,60 × 10^14 Hz) W_0 = 30,452 × 10^-20 J W_0 = 3,0452 × 10^-19 J Fehiny: Ny énergie d'extraction dia W_0 = 3,0452 × 10^-19 J. Dingana 2: Avadiho ho eV ny W_0. Fantatra fa 1 eV = 1,6 × 10^-19 J. W_0 (en eV) = W_0 (en J)1,6 × 10^-19 J/eV W_0 (en eV) = 3,0452 × 10^-191,6 × 10^-19 = 1,90325 eV Fehiny: Ny énergie d'extraction dia W_0 ≈ 1,90 eV. 4) Calculer la vitesse maximale de l'électron éjecté. Principe physique: Ny loi de conservation de l'énergie (loi d'Einstein) ho an'ny effet photoélectrique dia milaza fa ny énergie an'ny photon miditra (E_p) dia ampiasaina amin'ny énergie d'extraction (W_0) sy ny énergie cinétique maximale (E_c,max) an'ny électron mivoaka. E_p = W_0 + E_c,max Ny énergie an'ny photon dia E_p = h = h(c)/(). Ny énergie cinétique maximale dia E_c,max = (1)/(2) m_e v_max^2. Dingana 1: Kajiana ny énergie an'ny photon miditra E_p. E_p = h(c)/() Soloy ny soatoavina: h = 6,62 × 10^-34 J.s, c = 3,10^8 m/s, = 0,579 × 10^-6 m. E_p = (6,62 × 10^-34 J.s) × (3,10^8 m/s)0,579 × 10^-6 m E_p = 20,522 × 10^-260,579 × 10^-6 = 35,4438... × 10^-20 J E_p = 3,54438... × 10^-19 J Dingana 2: Kajiana ny énergie cinétique maximale E_c,max. E_c,max = E_p - W_0 E_c,max = (3,54438 × 10^-19 J) - (3,0452 × 10^-19 J) E_c,max = (3,54438 - 3,0452) × 10^-19 J E_c,max = 0,49918 × 10^-19 J Dingana 3: Kajiana ny vitesse maximale v_max. E_c,max = (1)/(2) m_e v_max^2 v_max^2 = 2 E_c,maxm_e v_max = sqrt(2 E_c,max)m_e Soloy ny soatoavina: E_c,max = 0,49918 × 10^-19 J, m_e = 9,1 × 10^-31 kg. v_max = sqrt(2 × (0,49918 × 10^-19) J)9,1 × 10^-31 kg v_max = sqrt(0,99836 × 10^-19)9,1 × 10^-31 = sqrt(0,109709... × 10^12) v_max = sqrt(10,9709... × 10^10) ≈ 3,312 × 10^5 m/s Fehiny: Ny vitesse maximale an'ny électron éjecté dia v_max ≈ 3,31 × 10^5 m/s. POUR A2 SEULEMENT 5) Après avoir donné la définition du potentiel d'arrêt, calculer sa valeur. Définition du potentiel d'arrêt (U_a): Ny potentiel d'arrêt dia ny différence de potentiel minimale (na tension) izay tsy maintsy ampiharina eo anelanelan'ny cathode sy ny anode mba hampijanona tanteraka ny électrons rehetra mivoaka avy amin'ny cathode, na dia ireo manana énergie cinétique maximale aza. Izany dia mitranga rehefa ny énergie cinétique maximale an'ny électrons dia voafetra tanteraka amin'ny alalan'ny asa an'ny hery électrique. Principe physique: Ny asa an'ny hery électrique ilaina mba hampijanona ny électron dia W_arrêt = e U_a. Io asa io dia tsy maintsy mitovy amin'ny énergie cinétique maximale an'ny électron. E_c,max = e U_a U_a = E_c,maxe Dingana 1: Kajiana ny potentiel d'arrêt U_a. Soloy ny soatoavina: E_c,max = 0,49918 × 10^-19 J, e = 1,6 × 10^-19 C (raha ny valeur absolue an'ny charge no ampiasaina). U_a = 0,49918 × 10^-19 J1,6 × 10^-19 C U_a = (0,49918)/(1,6) = 0,3119875 V Fehiny: Ny valeur an'ny potentiel d'arrêt dia U_a ≈ 0,312 V. --- EXERCICE I (SESSION 2015) Données: Longueur de la corde: L = 3 m Masse de la corde: m = 90 g = 0,090 kg Force de tension: F = 0,75 N Graphique de l'élongation y_A(t) au point A. 1) a) Définir une vibration sinusoïdale transversale. Définition: Ny vibration sinusoïdale transversale dia mouvement oscillatoire izay ny direction an'ny oscillation an'ny point tsirairay amin'ny milieu dia mifanitsy (perpendiculaire) amin'ny direction an'ny propagation an'ny onja. Ny fiovan'ny élongation amin'ny fotoana dia manaraka fonction sinusoïdale. 1) b) Calculer la célérité de propagation des ondes le long de la corde. Principe physique: Ny célérité an'ny onja amin'ny corde tendue dia omena amin'ny alalan'ny formule de Young: V = sqrt((F)/()), izay F no tension an'ny corde ary no masse linéique an'ny corde. Dingana 1: Kajiana ny masse linéique . = (m)/(L) Soloy ny soatoavina: m = 0,090 kg, L = 3 m. = 0,090 kg3 m = 0,03 kg/m Dingana 2: Kajiana ny célérité V. V = sqrt((F)/()) Soloy ny soatoavina: F = 0,75 N, = 0,03 kg/m. V = sqrt(0,75 N)0,03 kg/m = sqrt(25 m)^2/s^2 = 5 m/s Fehiny: Ny célérité de propagation des ondes dia V = 5 m/s. 2) a) Déduire de cette courbe les valeurs de la période T et de la fréquence N du mouvement de A. Dingana 1: Kajiana ny période T avy amin'ny graphique. Ny période T dia ny fotoana ilaina mba hanaovana oscillation feno iray. Amin'ny graphique, hita fa ny onja iray feno dia manomboka amin'ny t=0 ary mifarana amin'ny t=0,02 s. Fehiny: Noho izany, ny période dia T = 0,02 s. Dingana 2: Kajiana ny fréquence N. Formule: Ny fréquence N dia ny inverse an'ny période T: N = (1)/(T). N = (1)/(0,02 s) = 50 Hz Fehiny: Ny fréquence dia N = 50 Hz. 2) b) Ecrire l'équation horaire du mouvement de A. Principe physique: Ny équation horaire an'ny mouvement sinusoïdal dia amin'ny endrika y_A(t) = A ( t + ). Dingana 1: Fantarina ny amplitude A. Avy amin'ny graphique, ny amplitude maximale dia 3 × 10^-3 m. A = 3 × 10^-3 m Dingana 2: Kajiana ny pulsation angulaire . = 2 N = 2 (50 Hz) = 100 rad/s Dingana 3: Fantarina ny phase à l'origine . Amin'ny t=0, ny y_A(0) = 0. y_A(0) = A () = 0 Midika izany fa () = 0, ka = k. Amin'ny t=0, ny pente (vitesse) dia positif (miakatra ny courbe). v_A(t) = (dy_A)/(dt) = A ( t + ) v_A(0) = A () > 0 Koa satria A > 0 sy > 0, dia tsy maintsy () > 0. Raha = k, dia () = (k) = (-1)^k. Mba hahazoana () > 0, dia tsy maintsy k dia isa pair. Ny phase à l'origine mahazatra dia = 0. Fehiny: Noho izany, ny équation horaire an'ny mouvement de A dia y_A(t) = 3 × 10^-3 (100 t). 2) c) Définir et calculer la longueur d'onde . Définition: Ny longueur d'onde dia ny distance eo anelanelan'ny point roa misesy amin'ny onja izay mihetsika mitovy phase. Izy io koa dia ny halaviran'ny onja iray feno. Dingana 1: Kajiana ny longueur d'onde . Formule: Ny fifandraisana eo amin'ny célérité V, ny fréquence N ary ny longueur d'onde dia V = N. = (V)/(N) Soloy ny soatoavina: V = 5 m/s, N = 50 Hz. = 5 m/s50 Hz = 0,1 m Fehiny: Ny longueur d'onde dia = 0,1 m. --- Misy fanontaniana hafa ve? Envoie-moi la prochaine 📸