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Niveau seconde
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Exercice fibre optique

Posté par
Aiderequise
11-05-19 à 12:03

Bonjour !

J'ai un gros problème je comprends pas mon exercice, vous pourriez m'aider svp ?

Une fibre à saut d'indice est constituée d'un coeur d'indice Ncoeur = 1,5 entouré d'une gaine d'indice Ngaine = 1,4. L'indice de réfraction de l'air Nair = 1,0.

Un rayon lumineux arrive à l'entrée de la fibre avec l'incidence à i1 = 20°.

1. Montrer que i2 = 13°.

2. Justifier qu'il peut y avoir réflexion totale au niveau de la surface de séparation entre le cœur et la gaine.

3. Montrer que l'angle limite pour lequel il y a une réflexion totale est i lim= 69°.

4. Le rayon lumineux se propage-t-il jusqu'à l'extrémité de la fibre optique ? Justifier.

Merci d'avance de votre aide parce que la physique et moi sa fait 2...

Exercice fibre optique

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 11-05-19 à 12:20

Bonjour,
Les premières questions sont des applications plus ou moins immédiates de la Loi de Snell-Descartes.
Alors poste ton travail là dessus !

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 11-05-19 à 12:45

Oui mais je comprends pas comment on l'applique...

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 11-05-19 à 14:37

Que dit cette loi ?

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 11-05-19 à 14:46

Elle dit que les rayon incident, réfracté et réfléchi sont tous dans un même plan appeler plan d'incidence et que l'angle d'incidence et l'angle de réfraction sont liés par la relation  n1 x sinus i1 = n2 x sinus i2

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 11-05-19 à 16:00

OK.
Et que sont n1, n2 , i1 , i2 ?

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 11-05-19 à 16:16

Je penze que n1 c'est le milieu 1 et n2 le milieu 2 et i1 et i2 les angles

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 11-05-19 à 16:49

n1 et n2 ne sont pas des milieux, mais des indices qui caractérisent ces milieux.
i1 et i2 sont bien des angles, mais quels angles ?

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 11-05-19 à 16:52

Les angles d'incidence et de réfraction ?

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 11-05-19 à 17:40

Oui,
L'énoncé te donne les valeurs des indices ainsi que celle de l'angle d'incidence.
Tu connais la loi de Snell-Descartes.
Il n'y a plus qu'à calculer la valeur de l'angle de réfraction.

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 11-05-19 à 17:47

En faisant :

Nair x i1 = Ncoeur x i2
1,0 x 20° = 1,5 x ?

Mais si je fais (1,0 x 20°)/ 1,5 j'obtiens i2 ?

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 11-05-19 à 17:54

J'ai obtenu 13,33 c'est bon ?

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 11-05-19 à 18:32

n(air) * sin (20) = n(cœur) * sin (i2)

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 11-05-19 à 18:35

Désolée mais tu peux m'expliquer stp je n'ai pas compris...

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 11-05-19 à 20:20

Tu as dit toi même (voir 11-05-19 à 14:46) que :
" n1 x sinus i1 = n2 x sinus i2 "
ce qui donne : sin(i2) = n1 * sin (i1)/ n2
et ce n'est pas pas ce que tu as écrit !

Il te faut donc
- D'abord calculer sin (i2)
- Puis connaissant sin(i2) en déduire la valeur de i2

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 11-05-19 à 20:36

J'ai essayer 1,0 x sin (20) / 1,5 = 0,23
C'est bon ?

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 11-05-19 à 21:32

C'est en bonne voie, mais ce n'est pas terminé.
Ton résultat ( 0,228 ) correspond à sin (i2)
Mais la question ne porte pas sur sin(i2), mais sur i2

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 06:27

Alors comment je dois faire pour calculer i2 stp ?

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 09:40

Il existe sur toutes les calculatrices une touche qui permet d'obtenir la valeur d'un angle quand on connaît son sinus.

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 09:58

Sin-1 ?

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 10:07

Cela dépend des calculatrices.
Sue beaucoup d'entre elles la touche " sin-1 " retourne en effet la valeur de l'angle dont on a entré le sinus.

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 10:11

Sa ne fonctionne pas il me marque erreur...
Mais pour le calcul sans sin-1 la sa marche je suis un peu perdue

Exercice fibre optique

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 10:31

Pas étonnant !
Tu as tapé " sin-1(20) " ce qui revient à demander quel angle a pour sinus la valeur 20
Aucun angle n'a un sinus égal à 20 et c'est pourquoi tu reçois un message d'erreur.

Toi, tu cherches un angle dont le sinus vaut 0,228
Je te laisse y réfléchir et de trouver par toi même la bonne manipulation et donc le bon résultat.

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 11:59

J'ai réessayer je pense avoir bon cette fois

Exercice fibre optique

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 12:23

Non.
Pourquoi ne pas tenir compte de l'aide que tu sollicites ?

Le 11-05-19 à 20:20
J'ai indiqué :
Il te faut donc
- D'abord calculer sin (i2)

Ca, tu l'as fait et tu as obtenu sin(i2) = 0,228

- Puis connaissant sin(i2) en déduire la valeur de i2
Mais ça, tu ne l'as toujours pas fait.
Il s'agit seulement à l'aide de la touche "sin-1" de rechercher l'angle qui a pour sinus 0,228

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 12:29

Je suis pas sûr mais puisque je dois déduire ça voudrait dire que l'angle serait 23 ?

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 12:45

Non.

Quand je tape sur ma calculatrice :
sin-1 (0,228) et que je valide je n'obtiens pas 23
En revanche j'obtiens la valeur de l'angle i2 en degrés
Car, bien entendu, puisque je cherche un angle en degrés, ma calculatrice est en mode "degrés"

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 12:48

J'obtiens 13,17 c'est bon ?

Exercice fibre optique

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 13:28

13,17 est un résultat faux car c'est un résultat sans unité.
En revanche 13,17° arrondi à 13,2° ou même à 13° est le résultat exact.

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 14:14

Ah ok je viens de comprendre ! Merci beaucoup !
Pour la suestion deux comment est-ce que je pourrais justifier qu'il pourrait y avoir réflexion totale au niveau de la surface de séparation entre le cœur et la gaine stp ?

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 15:14

La première chose à faire est d'apprendre le cours.
Il est inutile d'essayer de faire cet exercice sans avoir les connaissances voulues et il apparaît clairement que ce n'est pas le cas.
Tu disposes aussi ( même si supprimée faute de respecter les règles ) d'une aide très complète.

Je suis prêt à examiner tes propositions de solution.

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 15:22

Je pense que la vitesse des OEM dans le milieu 2 ( gaine) doit etre supérieur au milieu 1 (coeur) pour que la réflexion totale soit possible donc que l'indice Ncoeur doit être inférieur à l'indice Ngaine, et je pense que c'est le cas.

C'est bon ?

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 15:41

1) Précision à apporter :
Quelle est la la signification de "OEM" ?

2) Question à résoudre :
Je te cite :
l'indice Ncoeur doit être inférieur à l'indice Ngaine,  et je pense que c'est le cas.

Je cite l'énoncé :
"Une fibre à saut d'indice est constituée d'un cœur d'indice Ncœur = 1,5 entouré d'une gaine d'indice
Ngaine = 1,4.
"

Conclusion ?

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 15:46

1. OEM sa veut dire onde electro magnétique

2. L'indice Ngaine est supérieur à l'indice Ncoeur donc il ne peut pas y avoir une réflexion totale au niveau de la surface de séparation entre le cœur et la gaine.

C'est mieux ?

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 15:49

Bonjour à vous deux,

@Aiderequise : j'ai recadrée toutes tes photos pour alléger la lecture, prière de faire de même la prochaine fois !

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 15:53

@gbm  je vous remercie je ferais de même la prochaine fois.

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 16:24

Point n°1 : Onde électromagnétique OK

Point n°2 :
Non c'est faux :
Il te faut prendre exactement l'inverse de ce que tu as écrit et corriger de la manière suivante :

"La vitesse v1 des ondes électromagnétiques dans le milieu 1 (coeur) doit être inférieure à celle v2 dans le milieu 2 (gaine) pour que la réflexion totale soit possible donc l'indice N(coeur) doit être supérieur à l'indice N(gaine).
C'est bien le cas puisque N(cœur)=1,5 > N(gaine)=1,4
En effet si v1<v2 alors N1>N2 : L'ordre des indices est inverse à celui des vitesses.

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 16:29

Donc il peut y avoir une réflexion totale ?

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 16:38

Oui

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 16:43

Ah d'accord  merci beaucoup ! Comment je dois faire pour montrer que l'angle limite pour lequel il y a une réflexion totale est i lim = 20°

Parce que du coup l'angle limite est i3 ?

Exercice fibre optique

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 16:50

D'abord la question posée n'est pas celle que tu dis mais :
Montrer que l'angle limite pour lequel il y a une réflexion totale est i lim= 69°.

Non, l'angle limite n'est pas i3

La méthode à utiliser est présentée dans ton document explicatif.
Je ne l'ai plus sous les yeux, mais je pense me souvenir ne rien avoir à y ajouter.

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 17:05

3. Angle d'incidence limite au point A au-delà duquel il y aura réflexion totale: il correspond à un rayon réfracté dans le dioptre coeur/gaine. Cela signifie que pour i3= i lim, l'angle de réfraction et de 90°.

On applique dans ces conditions la loi de Snell-Descartes au point A : la Conure a cherché est la valeur i lim, le 1er mileu est le coeur, le 2ème milieu et la gaine est l'angle de réfraction est de 90°.


C'est l'énoncé de l'aide.

Si je fais (Ncoeur x sin i3) / Nair j'obtiens 1,400 donc ce serait le sinus de i3, et si je fais sin-1 (1,400) sa me marque " EXIT".

Je ne vois pas où est-ce que j'aurais pu faire une erreur...

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 17:07

Ah oui et si je marque sin(1.400) sa me marque 0,024...

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 17:21

Tout est parfaitement expliqué ci-dessous :

Cela signifie que pour i3= i lim, l'angle de réfraction et de 90°.
On applique dans ces conditions la loi de Snell-Descartes au point A : la Conure (    ) a cherché est la valeur
i lim, le 1er mileu est le coeur, le 2ème milieu et la gaine est l'angle de réfraction est de 90°.

Sauf que je ne vois pas ce que peut être " la Conure "

NB : On trouve en effet ilim = 68,96° 69°
Ce qui signifie que pour i3 > 69° la réflexion totale se produit.

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 17:33

C'est pas la conure c'est l'inconnue j'ai écrit trop vite désolée.

D'ailleurs je ne comprends pas comment tu as fait pour obtenir 68,69. Est-ce que tu peux m'expliquer stp ?

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 18:12

Je n'ai pas trouvé 68,69
En physique un résultat sans unité est un résultat faux ( sauf dans les quelques cas ou justement le résultat n'a pas d'unité ! )
j'ai trouve 68,96°
Pour arriver à ce résultat pas de surprise :
J'ai appliqué la loi de Snell Descartes au point A  tout à fait de la même manière que ce qui avait été fait pour la question 1 au point I
L'énoncé et  l'aide m'ont donné tout ce dont j'avais besoin : Les deux indices et la valeur de l'angle de réfraction.

Et toi, en plus tu as la réponse (avec son unité !)
Alors je n'en dirai pas davantage. Ce serait faire le travail à ta place.

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 18:30

Je ne comprends vraiment pas comment tu as fait...

J'ai essayer plusieurs chses mais la seule qui ce rapproche de ton résultat est:

(1,0 x sin(90) / 1,5 = 0,66

sin-1 (0,67) = 42,07

Je continue d'essayer mais je ne trouve toujours pas le bon résultat...

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 18:47

Citation :
Je ne comprends vraiment pas comment tu as fait...
J'ai appliqué la loi de Snell Descartes au point A
La point A sépare le cœur de la gaine.

Posté par
Aiderequise
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 19:23

D'après la loi de Snell-Descartes:

n2 x sin i2 = n3 x sin i3 ?

Posté par
odbugt1
re : Exercice fibre optique 12-05-19 à 19:30

En principe oui !

Ensuite c'est à toi de voir au point A ce que sont ce que tu appelles n2, i2, n3, i3

Mais c'est vite vu, compte tenu de l'aide dont tu disposes :
"On applique la loi de Snell-Descartes au point A : l'inconnue à chercher est la valeur i lim, le 1er mileu est le coeur, le 2ème milieu et la gaine est l'angle de réfraction est de 90°. "

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