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Niveau maths sup
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Reflecteur lunaire --'

Posté par
QLglt27
28-05-18 à 01:04

Bonsoir a vous,
Un exercice de physique me pose probleme, je bloque sur les dernieres questions.... Ca serait sympa de me donner un coup de main svp

Le voici :
Lire ce texte de Wikipedia et repondre aux questions :

Un réflecteur lunaire est un dispositif optique catadioptrique, dit rétroréflecteur, déposé sur la Lune afin de mesurer la distance qui la sépare de la Terre au moyen d'un faisceau laser. Cette mesure est effectuée dans le cadre de l'expérience dite Télémétrie laser-Lune (ou Lunar Laser Ranging Experiment, LLR) de l'Observatoire de la Côte d'Azur.
Le matériau réfléchissant du réflecteur est constitué d'un réseau de coins de cube (ou trièdre trirectangle de miroirs) qui ont la propriété de renvoyer les rayons lumineux dans la direction de leur provenance. Les coins de cube sont usinés avec une très grande précision (les angles font 90 degrés+/- une seconde d'arc).
Cinq rétroréflecteurs lunaires ont été placés sur la Lune par les missions humaines américaines Apollo 11, 14 et 15 ainsi que par les sondes robots soviétiques Lunokhod. Ces réflecteurs sont toujours utilisés pour mesurer la distance Terre-Lune avec une précision centimétrique. Cette distance fluctue autour d'une valeur moyenne d'environ 384 467 kilomètres. Ils ont déterminé la mesure précise de l'éloignement de la Lune de la Terre, soit 3,8 cm/an.

Les stations au sol sont équipées de lasers puissants qui émettent des impulsions à travers des télescopes. La « tache » sur la Lune fait théoriquement plus d'un kilomètre de diamètre soit (0,64 seconde d'arc) ; en pratique, à cause de l'atmosphère, plus de 10 kilomètres. Étant donné la taille du réflecteur, seuls quelques photons (1 photons en 100 tirs pendant 10 secondes) reviennent dans le détecteur et il convient de les différencier des autres photons en provenance de la réflexion du Soleil sur la Lune ou de l'atmosphère. Trois types de filtrage sont mis en œuvre : un filtrage spatial : on ne s'intéresse qu'aux photons qui proviennent du lieu où se trouve le réflecteur, un filtrage fréquentiel : on ne s'intéresse qu'à la fréquence du laser et un filtrage temporel : on ne s'intéresse qu'aux photons qui arrivent à l'instant prévu pour leur arrivée (+/- 50 nanosecondes). Parmi les stations au sol, on compte l'Observatoire de la Côte d'Azur(station de Grasse), l'Observatoire d'Apache Point au Nouveau-Mexique et l'Agence spatiale italienne (station de Matera).
L'observatoire le plus précis et le plus efficace dans le domaine des tirs laser est l'Observatoire de la Côte d'Azur. Il est le mieux référencé quant à sa position dans l'espace.

Le reflecteur est compose de coins de cube de taille l=2cm pour une dimension totale L=1m. On supposera que chaque photon envoye sur le reflecteur est reflechi (pas de pertes).


1)Calculer le diametre d1 du faisceau laser vert en sortie du relescope en considerant que tout se passe comme si le faisceau passait a travers une ouverture de diametre d1. En theorie augmenter le diametre du faisceau permet d ameliorer la situation, pourquoi ? En pratique ce n est pas tres utile pour quelle raison ?
2) Quel est l odg du diametre d3 du faisceau lumineux revenant sur la terre ?
3) Exprimer l odg Ns,3 du nbr de photons par unite de surface au niveau du reflecteur en fonction du nombre de photons envoyes initialement N1. En deduire le nbr de photons incidents N2 sur le reflecteur.
4) Exprimer pour le faisceau revenant sur Terre Ns3 le nombre de photons par unite de surface en fonction de N1.
5) Des photons qui reviennent sur terre on ne detecte que ceux qui repassent par l ouverture de diametre dtel=1m du telescope. Combien de photons doit on envoyer pour esperer en detecter un en retour ? A quelle energie E cela correspond t il ?
6) En realite il faut appliquer un facteur de correction de 10^-3 qui tient compte de l inclinaison du reflecteur par rapport au laser, efficacite de la detection.... Corriger alors les resultats de la question precedente en tenant compte de ce facteur.
7) De quelle energie E' par tir laser a t on besoin ? Quelle puissance lumineuse ??

Alors mon problème cest que les ordres de grandeurs de mes appmications numeriques ne sont pas réalistes du tout, par exemple a la derniere question je trouve une puissance de 10^-6 Watt ce qui semble invraisemblable.
Ou aussi pour les 2 premieres questions je ne sais pas si je dois prendre eb colpte les effets de l atmosphere ou non....

Merci pour votre futur aide, j en ai besoin --'
A demain !

Posté par
QLglt27
re : Reflecteur lunaire --' 28-05-18 à 12:50

Une erreur de conversion a faussé toutes mes reponses mais maintenant ca y est jai corrige et cest coherent !

Cependant je ne vois pas la difference entre les questions 5/6 et la question 7 pour l energie. Pour moi E=E'... Jai raison ?

Merci d avance !

Posté par
QLglt27
re : Reflecteur lunaire --' 28-05-18 à 19:29

Personne pour m aider dans les dernieres questions ? :/

Posté par
vanoise
re : Reflecteur lunaire --' 29-05-18 à 17:14

Bonjour
As-tu pris connaissance de cet article ?

L'extrait suivant de l'article répond en partie à tes questions :
Les mesures montrent qu'on ne détecte en moyenne qu'un seul photon de retour pour une centaine d'impulsions du laser émises en 10 s. Chaque impulsion du laser émet une énergie E = 0,3 J sur une durée de 0,3 μs (puissance-crête de 1 MW !). Pour une impulsion, le nombre de photons émis par le laser est N = E/hν = Eλ / hc = 0,8.1018. La fraction effective des photons détectés est donc en réalité encore plus petite, de l'ordre de 10-20.
N'y a-t-il pas à faire la différence de l'énergie totale émise nécessaire au retour d'un photon et l'énergie émise par impulsion ? La question n'est vraiment pas claire...

Posté par
QLglt27
re : Reflecteur lunaire --' 30-05-18 à 19:32

Je vais regarder l article alors !
En effet cest un peu bizarre comme question.
Mais merci bien en tout cas.
A bientot



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