Sujet Physique-Chimie — Terminale — Asie — Bac 2024

Exercice 1 – Tissage d’une voile de bateau (11 points) Jusqu’à récemment, les voiles des voiliers étaient réalisées à l’aide d’un tissage de fils de nylon. Toutefois, depuis une décennie, de nouveaux matériaux composites plus performants (kevlar, carbone) sont utilisés pour concevoir les fils. De plus, ils peuvent être tissés de façon plus ou moins serrée en fonction des contraintes auxquelles sont soumis les différents secteurs de la voile. L’objet de cet exercice est d’étudier la possibilité de distinguer ces tissages. L’observation directe, à l’œil nu et avec l’aide d’une loupe, est étudiée dans une première partie. Une seconde partie est consacrée à l’exploitation du phénomène d’interférence. L’objet d’étude est une voile réalisée avec des fils de carbone. Le tissage est représenté dans le document 1. Il est caractérisé par deux paramètres principaux :  Le diamètre des fils noté 𝑎.  L’espacement entre les fils noté 𝑏. Il correspond également à l’espacement entre les vides et est supposé identique dans les deux directions du tissage. Document 1 – Caractéristiques du tissage 𝑎 𝑏 𝑏 Tissage de fils de carbone Diamètre des fils : 𝑎 = 10 μm 𝑏 Espacement entre les fils : 𝑏 L’espacement 𝑏 dépend de la zone de la voile. Il est 𝑏 compris entre 12 et 25 μm. 𝑎 Partie 1 – Observation directe Dans un premier temps, on cherche à observer le tissage à l’œil nu. On se donne comme critère d’observation de pouvoir distinguer l’épaisseur des fils de diamètre 𝑎. La capacité de l’œil à distinguer un objet dépend du « champ angulaire » qu’il occupe dans le champ de vision. Le champ angulaire, noté 𝜃 dans la suite, est défini comme l’angle entre les rayons issus des bords de l’objet observé lorsqu’ils atteignent le centre de la pupille (voir document 2, page 3). Le pouvoir séparateur de l’œil, noté 𝜀, correspond au champ angulaire minimal que doit occuper un objet pour qu’il puisse être distingué. Autrement dit :  Si 𝜃 > 𝜀 : l’objet peut être distingué ; ses extrémités sont perçues comme des points distincts.  Si 𝜃 < 𝜀 : l’objet ne peut pas être distingué ; il est perçu comme un point unique. Pour augmenter les chances de distinguer un objet, il faut l’observer sous le plus grand champ angulaire possible. Pour cela, on peut se rapprocher de l’objet. Toutefois, l’œil a une limite dans sa capacité à