Sujet Physique-Chimie — Terminale — Asie — Bac 2022

EXERCICE 1 commun à tous les candidats (10 points) EXERCICE 1 - TELEMETRE A ULTRASONS Le télémètre à ultrasons permet de déterminer la position d’un objet en mesurant la durée nécessaire à une salve d’ultrasons pour faire un aller-retour entre un module télémètre et l’objet sur lequel la salve d’ultrasons se réfléchit (Cf. figure 1 ci-dessous). Dans cet exercice, on s’intéresse au principe de la mesure de distances avec le télémètre (Partie A). Dans un second temps, on utilise le télémètre pour faire des relevés conduisant à évaluer la valeur d’une force de frottement (Partie B). P Figure 1: Dispositif expérimental (non à l’échelle). L’objet représenté ici est un jouet d’enfant. Données  On suppose que la distance entre le télémètre à ultrasons et l’objet est grande devant la distance entre l’émetteur E et le récepteur R (Cf. figure 2). Ainsi, on peut considérer que la salve suit quasiment l’axe (𝑂𝑥), à l’aller et au retour, et que la distance donnée par le télémètre est égale à l’abscisse 𝑥 du point P de l’objet sur lequel se réfléchit la salve d’ultrasons : EP= PR = 𝑥. P Figure 2.  Les données sont traitées en langage Python (Cf. Document 1). Document 1 - Extrait du code Python de traitement des données issues du microcontrôleur 1 # définitions 2 t_horloge=[673,688,703…] # dates des mesures, en milliseconde 3 # durées des allers-retours, en microseconde 4 t=[] # durée depuis le début du mouvement, en seconde 5 x=[] # position de l'objet sur l’axe x, en mètre 6 v=340 # vitesse des ultrasons, en m/s 7 8 # mise en forme des données 9 for i in range(len(t_horloge)): 10 # Durée écoulée entre la première mesure et 11 # la mesure i, en seconde 12 / 2) # Calcul de la distance (la notation 1e-6 signifie 10 -6) 22 PYCJ2JA1 2/14 Partie A – Principe de la mesure de distance avec le télémètre Le module télémètre est constitué d’un émetteur (E) et d’un récepteur (R). Il est relié à un microcontrôleur qui commande l’émission de la salve d’ultrasons par l’émetteur et traite le signal reçu par le récepteur pour en déduire l’intervalle de temps Δ𝑡 mis par la salve d’ultrasons pour faire l’aller-retour. Le microcontrôleur échange les données avec un ordinateur (Cf. figure 1). 1. Montrer que la relation liant la distance 𝑥 à la durée Δ𝑡 nécessaire à l’aller-retour de la salve