Travaux dirigés de physique

Les limites de vision distinctes d’un œil sont : 8,5cm et 22cm distances comptées à partir de son centre optique

1- Quel est le défaut de cet œil ?
2- Pour lui permettre de voir à l’infini sans accommoder, on lui adjoint une lentille mince L1 dont le centre optique est à 2cm de celui de l’œil. Quelles sont la nature, la distance focale et la vergence de la lentille L1.
3- Quelle est la distance minimale de vision distincte de l’œil corrigé.

Un objet lumineux AB est placé à 20cm devant une lentille convergente de centre optique O1 et de distance focale 40cm. A est sur l’axe principal

1- Construire l’image A’B’ de AB. Déterminez graphiquement sa position et sa grandeur. Echelle : 1/10è
2- Utilisez les formules de conjugaison et de grandissement pour confirmer ce résultat.
3- On place à 60cm derrière L1 une lentille L2 aussi convergente de distance focale 50cm. Construire l’image de AB à travers le double système L1, L2. Déterminez graphiquement puis par calcul la position de l’image A’’B’’.

Les lentilles

1- Décrire deux expériences permettant de différentier une lentille convergente d’une lentille divergente.
2- Une lentille L1 d’axe principal X’X donne d’un objet réel AB, une image réelle A’B’ comme l’indique la figure ci-contre
2.1 Déterminer graphiquement
– La hauteur AB de l’objet et celle A’B’ de l’image. En déduire le grandissement 
– La position de la lentille par rapport à A (On se servira d’un rayon lumineux issu de B
2.2 Quelle est la nature de la lentille L1 ?
2.3 Déterminer par calcul la position de la lentille par rapport à A, sachant que AA’ = 5cm
En déduire la distance focale OF’ de la lentille L1
3- En réalité L1 est une lentille biconverse dont les faces ont le même rayon de courbure. R = 1,2cm. Faite d’un verre d’indice n = 1,5.
3.1 Donner la représentation schématique de L1
3.2 Calculer sa vergence et en déduire sa distance focale
4- On accole à une lentille L2 de distance focale une lentille divergente L3 de vergence C3 = -5
4.1 Calculer la vergence du système obtenu. En déduire sa distance focale
4.2 Construire l’image d’un objet. AB haut de 1cm placé à 15cm devant le système, puis déterminer graphiquement la position et la grandeur de l’image finale. Quelle est sa nature

Quelques instruments optiques

Afin d’illustrer le principe d’un microscope, on désire en réaliser une maquette sur un banc d’optique. On dispose pour cela d’une source lumineuse éclairant un objet AB, de deux lentilles convergentes L1 et L2 de centres optiques respectifs O1 et O2 et de distances focales respectives f’1 égale à 100mm et f’2 égale à 300mm.
1- Quelle lentille peut jouer le rôle d’objectif ? Le rôle d’oculaire ?
2- Les deux lentilles L1 et L2 sont placées à une distance O1O2 = 50cm l’une de l’autre. L’objet AB de hauteur 2,5cm est placé devant la lentille L1 de telle sorte que AO1 = 15cm.
2.1 Construire l’image A1B1 de l’objet à travers L1 puis l’image A2B2 de A1B1 à travers L2. La construction se fera à l’échelle 1/10 suivant l’axe optique et 1/5 sur l’axe vertical perpendiculaire à l’axe optique
2.2 L’image A2B2, est-elle droite ou renversée ?
2.3 L’œil de l’utilisateur est placé au foyer image F’2 de l’oculaire, le microscope est dit en fonctionnement normal lorsque de F’2, l’utilisateur voit l’image A2B2 à l’infini. Indiquer quelle est alors la position de l’image A1B1 de AB à travers L1

Energie mécanique (Les paries C et D sont indépendantes)

C- On modélise une automobile de masse m = 1200 kg par un solide (S) qui roule le long de la route.
On prendra g = 9,8 N.Kg-1
C-1 Dans un premier temps l’automobile roulant sur une route rectiligne et horizontale à vitesse V = 4,18 m.s-1, on coupe à la date t1 le moteur. On admet alors que l’automobile n’est plus soumise qu’à la réaction normale de la route R, à son poids P et à la somme des forces qui s’opposent au déplacement F, parallèle à la route , et de sens opposé à la vitesse et d’intensité constante. La voiture parcours alors sur son élan une distance d = 20 m avant de s’arrêter sans que les freins aient été actionnés.
a) Faire à l’aide d’un schéma clair, le bilan des forces qui agissent sur l’automobile à la date t1
b) Exprimer les travaux effectués par les forces appliquées à l’automobile jusqu’a à son arret et en déduire l’intensité de la force F
C-2 l’automobile est maintenant à l’arrêt sur une route qui descend de 7 m lorsqu’on parcourt 100m sur da ligne de plus grande pente (pente de 7%). A la date t2 on libère l’automobile, elle descend alors la pente en partant du repos. On admet que la somme des forces qui s’opposent à son mouvement est une force parallèle à la route, d’intensité
F’ = 520 N
a) Faire, à l’aide d’un schéma clair, le bilan des forces qui agissent sur l’automobile à la date t2
b) Exprimer les travaux effectués par les forces appliquées à l’automobile puis en déduire la vitesse acquise au bout d’un parcours de 20m.
D- Un chariot (S), de masse (S) de masse M= 375g, peut glisser sans frottement le long de la ligne de plus grande pente d’un plan incliné. (Voir figure à la fin). Une ficelle inextensible, de masse négligeable passant dans la gorge d’une poulie dont on néglige aussi la masse, la rend solidaire d’une masse d’entraînement m. On prendra g = 9,8 Nkg-1
D.1A une date t1, le chariot grimpe la pente du plan incliné. On mesure la valeur de sa vitesse.
Soit V1 = 0,5m.s-1 la valeur obtenue.
a) Faire le bilan des forces qui s’exercent sur le chariot. On fera un schéma clair sur lequel on représentera les forces.
b) Quelles sont celles de ces forces celles qui travaillent ? justifier.
c) Exprimer puis calculer la valeur numérique de l’énergie cinétique du chariot à la date t1.
D.2 A une date t2 ultérieure à t1 on refait une autre mesure de la vitesse du chariot allant toujours vers le haut de la pente. Soit V2 = 0,8m.s-1 la valeur obtenue.
a) Quelle est la valeur Ec de la variation de l’énergie cinétique de chariot entre les dates t1 et t2 ?
B° Sachant que la durée t = t2 – t1 le chariot a parcouru une distance d = 80 cm, déterminer la valeur m de la masse d’entraînement.