Annales gratuit bac 2006 Fizică Ceramică și ultrasunete
Subiectul se concentrează pe caracteristicile undelor din prima parte, apoi tratează fenomenul de rezonanță în electricitate și un circuit RLC în regimuri pseudoperiodice (apoi modelul LC).
Subiectul este moderat dificil. Prima și ultima întrebare sunt clasice. O bună înțelegere a fenomenului este necesară pentru tratarea părții centrale.
CERAMICĂ ȘI ULTRASONIC (4 puncte)
Ecografia este utilizată în multe domenii ale vieții de zi cu zi: ultrasunete, detectoare de prezență în alarme etc. Transmițătoarele și receptoarele cu ultrasunete sunt realizate frecvent din ceramică piezoelectrică.
Părțile 1 și 2 ale acestui exercițiu sunt independente.
1. Emisia și propagarea undei ultrasonice produse de o ceramică piezoelectrică
Când se aplică o tensiune sinusoidală de amplitudine suficientă și frecvență adecvată între cele două fețe metalizate și opuse ale unei ceramice piezoelectrice, aceasta începe să vibreze. Când ceramica rezonează, aceasta emite ultrasunete.
Frecvența ultrasunetelor emise este egală cu frecvența vibrațiilor ceramicii emitente.
1.1. Propagarea undelor ultrasonice
Asamblarea prezentată schematic în FIG. 7 de mai jos este efectuată. Receptorul, realizat dintr-o ceramică de recepție, este plasat la o distanță d, orientat spre ceramica de transmisie.
O tensiune cu aceeași frecvență ca ultrasunetele recepționate apare la bornele ceramicii receptoare. Această tensiune este afișată pe canalul A al unui osciloscop. Oscilograma rezultată este prezentată în Figura 8 de mai jos. Coeficientul de măturare este egal cu 10 µs/div și sensibilitatea verticală la 0,2 V/div.
Se reamintește că viteza ultrasunetelor în aer este mai mare = 340 m.s -1 în condițiile experimentului.
1.1.1. Determinați perioada T și frecvența f a tensiunii observate cu osciloscopul.
1.1.2. Deduceți frecvența fu ultrasunete. Să justifice.
1.1.3. Dați expresia literală atunci valoarea lungimii de undă a ultrasunetelor din aer.
1.2. Rezonanța ceramicii emitente
Pentru o valoare adecvată a frecvenței tensiunii sinusoidale aplicate, amplitudinea acesteia rămânând constantă, ceramica emitentă intră în rezonanță. Tensiunea sinusoidală joacă apoi rolul unui excitator și ceramica cea a unui rezonator.
1.2.1. Ce se poate spune despre valoarea frecvenței tensiunii excitante la rezonanță ?
1.2.2. Descrieți calitativ fenomenul rezonanței în ceea ce privește amplitudinea vibrațiilor ceramicii.
2. Oscilații libere într-un circuit RCL de serie
Să studieze condițiile pentru obținerea oscilațiilor electrice libere la frecvența naturală fo = 40 kHz, circuitul prezentat schematic în FIG. 9 de mai jos este produs. Un osciloscop de memorie înregistrează tensiunea pe condensator. Oscilograma este prezentată în figura 10 de mai jos.
Bobina are o inductanță de valoare L = 1,0 mH R este rezistența totală a circuitului. Condensatorul este încărcat inițial sub o tensiune Uc = 4,0 V.
În momentul întâlnirii t = 0 s, închidem comutatorul K.
2.1. Care este numele tipului de dietă corespunzător figurii 10 ?
2.2. Interpretează în termeni de energie amortizarea oscilațiilor, pe care o observăm.
2.3. Cum putem evita amortizarea oscilațiilor, știind că rezistența circuitului nu poate fi zero ?
2.4. Spuneți dacă afirmațiile de mai jos referitoare la oscilațiile libere ale unui dipol RLC sunt adevărate sau false. Comentează pe scurt.
DECLARAȚIA 1: Prin creșterea rezistenței R a unui dipol RLC vom observa întotdeauna oscilații amortizate.