Programme de colle S21 : lundi 21 - vend 25 mars

NB : réflexion et transmission à interfaces n'ont pas encore été traitées

Ondes chap. 4 (Cours et exercice)

- insister sur situations où équation d'onde n'est pas d'Alembert
- pas prioritaire d'établir les équations de couplage et l'équation d'onde : les donner et en tirer les conséquences physiques. L'établissement des ces équations peut être rejeté en fin d'exo
- dispersion, absorption, vitesse phase et groupe, interprétation physique, raisonnements énergétiques associés
- OPPH à vecteur d'onde complexe : "pseudo-OPPH"
- NB : la distinction atténuation / absorption ne semble pas être au pgm (j'en ai parlé)

Ondes chap.3 : OEM dans le vide (Cours)

Demander à au moins un étudiant :
- démo structure OEM dans vide (trièdre, rapport des normes et relation dispersion). Démo à faire dans le cas d'une OEM polarisée rectilignement (sinon trop compliqué)
- aspects énergétiques OPPH pour aboutir à relation Poynting et uem : interprétation physique + relier une valeur numérique de puissance surfacique à l'amplitude du champ E + la relier à un débit de photons
- pas d'exos spécifiques sur la polarisation au pgm de colle

Ondes chap.2 : ondes sonores dans fluides (Cours et exos)

Programme de colle S20 : lundi 14 - vend 18 mars

Ondes chap.2 : ondes sonores dans fluides (Cours et exos)
- les exos ne seront traités que mardi, mais exos possibles en guidant bien
- demander à un étudiant démo d'Alembert 1D, après avoir linéarisé les 3 équations. Doit pouvoir être fait sans énoncé
- NB1 : pour linéariser la déf du coeff de compressibilité (déf à partir de V ou rho, peu importe), je demande aux étudiants de faire Taylor-Young sur rho(P) (S est constante) autour de la situation d'équilibre (P0,S0). De nombreuses versions (livres, cours) me semblent physiquement et mathématiquement très contestables sur ce calcul
- NB2 : la démo "en lagrangien", à partir du mouvement d'une particule de fluide, sera traité en exo
- Ecriture cpx OPPH
- demander à un étudiant correspondance entre opérateurs diff et opérateurs cpx (utilisation nabla comme moyen mnémotechnique)
- notion impédance vue uniquement pour OPPH en cpx (pas pour OPP seules)
- Demander à un étudiant démo expression impédance
- Aspects énergétiques : demander l'ensemble des relations par coeurs, puis application à OPPH + interprétation de l'expression de la puissance surfacique par analogie avec phénomènes convectifs ("l'onde transporte de l'énergie")
- Tuyaux sonores pas vraiment au programme, mais tombent régulièrement.. pas encore traités, donc bien guider

Ondes chap.1 : ondes de d'Alembert (Cours et exos)
- demander à un étudiant démo ondes sonores dans solide (modèle continu tout de suite, pas de passage micro->macro et d'approximation continue "en cours de route")
- d'Alembert par coeur (1D seulement pour l'instant, pas laplacien), expression célérité par coeur
- savoir que phénomène décrit est forcément réversible
- savoir que célérité ondes varie comme raideur/inertie
- demander à un étudiant de retrouver ordre de grandeur du module d'Young à partir du modèle microscopique des chaînes d'atomes liés par des ressorts, l'ordre de grandeur des interactions atomiques étant connu
- Corde libre et fixées à ses deux extrémités : savoir retrouver les modes par une méthode graphique, mais aussi par calcul purement mathématique
- Corde de Melde : par le calcul, interprétation : existence d'un phénomène de résonance quand la fréquence d'excitation est une fréquence propre
- exos : attention, rien n'a encore été fait sur réflexion-transmission. Pourquoi pas en exo, mais partir du principe que les étudiants sont vierges sur ce sujet pour le moment

Attention, rien n'a encore été fait sur réflexion-transmission

Programme de colle S19 : lundi 07 - vend 11 mars

Ondes chap.1 : ondes de d'Alembert (Cours, voire exos)

- demander à un étudiant la démo de d'Alembert sur la corde vibrante
- NB : je fais ici le choix de ne pas faire apparaître les équations de couplage, je n'introduis donc pas la "projection verticale de la tension du brin de droite sur la brin de gauche"
- d'Alembert par coeur (1D seulement pour l'instant, pas laplacien), expression célérité par coeur
- savoir que phénomène décrit est forcément réversible
- savoir que célérité ondes varie comme raideur/inertie
- demander à un étudiant de retrouver ordre de grandeur du module d'Young à partir du modèle microscopique des chaînes d'atomes liés par des ressorts, l'ordre de grandeur des interactions atomiques étant connu
- demander à un étudiant démo ondes sonores dans solide (modèle continu tout de suite, pas de passage micro->macro et d'approximation continue "en cours de route")
- Corde libre et fixées à ses deux extrémités : savoir retrouver les modes par une méthode graphique, mais aussi par calcul purement mathématique
- Corde de Melde : par le calcul, interprétation : existence d'un phénomène de résonance quand la fréquence d'excitation est une fréquence propre
- exos : attention, rien n'a encore été fait sur réflexion-transmission. Pourquoi pas en exo, mais les étudiants sont vierges sur ce sujet pour le moment

Optique ondul chap.5 : Diffraction de Fourier (Cours et exos)

- uniquement situation Fraunhofer et OPPH
- uniquement objets 1D, mais objets 2D possibles (mais pas de "mélange" horizontal / vertical")
- en gros, calculs uniquement dans le cas de la mire sinus, et généralisation dans le cas d'autres objets diffractants (donner l'allure des spectres spatiaux - si nécessaire - dans ces autres cas, aucune TFourier à connaître)
- vérifier que écriture math OPPH est ok, notion de vecteur d'onde
- pas d'objets de phase, ou alors de manière qualitative (lors d'un filtrage par exemple)
- difficulté du chapitre : c'est la FTransfert (du point de vue des ondes) qu'on décompose en série de Fourier..
- Important, essentiel :
  -- bien savoir relier un vecteur d'onde/angle diffraction à une fréquence spatiale de l'objet
  -- dans le plan de Fourier, bien savoir relier une position à une fréquence spatiale
  -- éclairement dans plan Fourier lié au module au carré des coeff de la décompo Fourier cpx du coeff transmission de l'objet diffractant
  -- ne pas confondre les trois périodicités de ce chapitre : temporelle et spatiale d'une OPPH, et spatiale de la transparence de l'objet
- comprendre le rôle de chaque élément d'un montage de filtrage spatial (ne pas trop insister sur la formation de l'objet ponctuel en lumière blanche)

Optique ondul chap.5 : Diffraction de Fourier

- Cours (Optique_chap5_diffraction_Fourier.pdf)

- TD associé (Optique_chap5_diffraction_Fourier_TD.pdf)
Exercices 1 et 2 à préparer pour le mardi de la rentrée 1er mars
On pourra jeter un œil à l'exercice 3, énoncé de concours reprenant le cours

TP13 : Polarisation de la lumière

- Enoncé (TP13_cours_polarisation.pdf)

Programme de colle S18 : lundi 28 - vend 04 mars

Optique ondul chap.5 : Diffraction de Fourier (Cours)

- uniquement situation Fraunhofer et OPPH
- uniquement objets 1D, mais objets 2D possibles (mais pas de "mélange" horizontal / vertical")
- en gros, calculs uniquement dans le cas de la mire sinus, et généralisation dans le cas d'autres objets diffractants (donner l'allure des spectres spatiaux - si nécessaire - dans ces autres cas, aucune TFourier à connaître)
- vérifier que écriture math OPPH est ok, notion de vecteur d'onde
- pas d'objets de phase, ou alors de manière qualitative (lors d'un filtrage par exemple)
- difficulté du chapitre : c'est la FTransfert (du point de vue des ondes) qu'on décompose en série de Fourier..
- Important, essentiel :
  -- bien savoir relier un vecteur d'onde/angle diffraction à une fréquence spatiale de l'objet
  -- dans le plan de Fourier, bien savoir relier une position à une fréquence spatiale
  -- éclairement dans plan Fourier lié au module au carré des coeff de la décompo Fourier cpx du coeff transmission de l'objet diffractant
  -- ne pas confondre les trois périodicités de ce chapitre : temporelle et spatiale d'une OPPH, et spatiale de la transparence de l'objet
- comprendre le rôle de chaque élément d'un montage de filtrage spatial (ne pas trop insister sur la réalisation concrète de la source ponctuelle en lumière blanche)

Optique ondul chap.4 : Michelson (Cours et exos)

- Point de vue perso, utilisé en cours : sur le schéma "réel" de l'interféromètre, les RL doivent être dessinés colinéaires aux axes des bras. Les angles entre RL et normales aux miroirs (pour calcul ddm) ne doivent être dessinés que sur les schémas équivalents
- deux types de schémas équivalents :
    -- celui avec une source "primaire" et les deux miroirs en lame d'air ou coin d'air
    -- celui avec deux sources secondaires cohérentes, les miroirs n'apparaissent plus
- à demander à un étudiant : calcul p(M) dans plan focal lentille CV de projection (avec les deux schémas équivalents possibles)
- à demander à un étudiant (ddm par coeur ici) exploitation expression ddm : allure figure interférence, ordre décroît quand on s'écarte du centre de l'écran, rayon des anneaux, faire rentrer les anneaux pour tendre vers le contact optique, que voit-on en lumière blanche ? + réglages des faisceaux !
- à demander à un étudiant : calcul ddm en coin d'air (en l'assimilant à lame d'air d'épaisseur variable), les RL arrivant avec une incidence normale sur le coin, puis exploitation : allure figure interférence, expression interfrange, écarter les franges pour approcher le contact optique, que voit-on en lumière blanche + réglages des faisceaux !

TP12 : goniomètre à réseau

- Enoncé (TP12_optique_reseaux.pdf)

Optique ondul chap.4 : Michelson

- Cours (Optique_chap4_Michelson.pdf)

- TD associé (Optique_chap4_Michelson_TD.pdf)
Exercices 2 et 3 à préparer pour mardi 08 février

Programme de colle S17 : lundi 07 - vend 11 février

Optique ondul chap.4 : Michelson (Cours : partie significative)

- Point de vue perso, utilisé en cours : sur le schéma "réel" de l'interféromètre, les RL doivent être dessinés colinéaires aux axes des bras. Les angles entre RL et normales aux miroirs (pour calcul ddm) ne doivent être dessinés que sur les schémas équivalents
- deux types de schémas équivalents :
    -- celui avec une source "primaire" et les deux miroirs en lame d'air ou coin d'air
    -- celui avec deux sources secondaires cohérentes, les miroirs n'apparaissent plus
- à demander à un étudiant : calcul p(M) dans plan focal lentille CV de projection (avec les deux schémas équivalents possibles)
- à demander à un étudiant (ddm par coeur ici) exploitation expression ddm : allure figure interférence, ordre décroît quand on s'écarte du centre de l'écran, rayon des anneaux, faire rentrer les anneaux pour tendre vers le contact optique, que voit-on en lumière blanche ? + réglages des faisceaux !
- à demander à un étudiant : calcul ddm en coin d'air (en l'assimilant à lame d'air d'épaisseur variable), les RL arrivant avec une incidence normale sur le coin, puis exploitation : allure figure interférence, expression interfrange, écarter les franges pour approcher le contact optique, que voit-on en lumière blanche + réglages des faisceaux !

Optique ondul chap.3 : Trous Young, élargissement spatial et spectral de la source (Cours et exos)

- la généralisation au cas des fentes est issue de l'observation expérimentale, aucun élément théorique exigible à ce sujet (pas d'onde plane, u.S1S2 etc.)
- démo expression ordre p(M) trous Young, dans conditions Fraunhofer ou pas, puis allure éclairement sur écran (numérotation des franges). Effet de l'introduction d'une lame de verre
- effet déplacement spatial de la source (calcul), en déduire dépendance éclairement avec distance entre deux sources dans cas doublet, puis démo qualitative du critère de brouillage des franges pour source étendue. Ce critère sur Δp (à définir précisément) doit pouvoir être énoncé aussi par coeur
- cas du doublet (proche), justification qualitative (ou quantitative) des battements spatiaux de l'éclairement. Enoncer, par analogie avec le cas de l'extension spatiale, le critère sur Δp (à définir précisément) traduisant brouillage des franges dans le cas d'une raie de faible largeur

Signification de "Δp" doit être maîtrisée dans cas spatial et spectral

- cas lumière blanche : prédire nombre de franges visibles (environ 2 de chaque côté de la frange achromatique), notion de spectre cannelé, en un point de l'écran -> dénombrement cannelures et valeurs des longueur d'ondes éteintes
- réseau plan : expression ddm, montage expérimental (conditions Fraunhofer), minimum de déviation

Optique ondul chap.2 : Superposition d'ondes (Cours)

- Mise en évidence des différentes conditions nécessaires à la réalisation d'interférences (avec énoncé)
- ils doivent aussi pouvoir les énoncer par coeur
- attention aux pb de vocabulaire : DeltaPhi = "différence de retard de phase", au point M ou à l'émission ?
Pour deux ondes :
- ddm, ordre d'interférences
- demander à un étudiant d'établir la formule de Fresnel avec les complexes (en supposant donc les deux sources cohérentes), après que la cohérence des deux sources (secondaires nécessairement) a été affirmée
- critère milieu frange brillante, milieu frange sombre
Pour N ondes avec ddm en progression arithmétique :
- critère frange brillante, ainsi que la largeur de la frange avec diagramme de Fresnel (calcul math est hors pgm)

Optique ondul chap.1 : Modèle scalaire (Cours et exos)

- écriture math d'une onde monochromatique (ne pas porter son attention sur l'amplitude, uniquement sur la phase), vocabulaire "retard de phase"
- interroger au moins un étudiant sur la notion de train d'onde : sinus limité dans le temps, retard de phase à l'émission est aléatoirement distribué, pas de corrélation avec le train suivant. Lien en odg avec largeur pic en fréquence
- Déf éclairement, pourquoi un carré ? pourquoi une moyenne (se contenter d'une comparaison entre temps caractéristique, notion filtrage passe-bas) ?
- cohérence spatiale n'est pas au programme, il s'agit juste de savoir que deux points d'une source émettent des trains d'onde dont les retards de phase n'ont aucun lien entre eux
- Définition chemin optique à partir de la durée propagation (c'est son intérêt fondamental, l'expression fonction de indice et distance a été dém ensuite)
- expression chemin optique en fonction distance parcourue dans milieu homogène
- expression donnant l'évolution du retard de phase au cours de la propagation en fonction du chemin optique (par coeur, ne pas insister sur démo)
- Th. Malus (admis) à énoncer en précisant bien qu'il ne faut pas de diffraction "en route"

Révisions d'Optique Géométrique (Cours et exos)

- Rester sur du TRES classique et simple, pour vérifier que les bases sont connues

Programme de colle S16 : lundi 31 janv - vend 04 février

Une colle avec un programme TRES volumineux de cours.
Merci de prévoir dans les interrogations une partie de cours conséquente, plus qu'à l'accoutumée pour vraiment tester la connaissance du cours par les étudiants

Optique ondul chap.3 : Trous Young, élargissement spatial et spectral de la source (Cours et exos)

- TD sera fait mardi, mais on peut déjà poser des exos (bien guider)
- demander à un membre du trinôme : démo expression ordre p(M) trous Young (conditions std ou Fraunhofer), puis allure éclairement sur écran (numérotation des franges)
-  Effet de l'introduction d'une lame de verre
- la généralisation au cas des fentes est issue de l'observation expérimentale, aucun élément théorique exigible à ce sujet (pas d'onde plane, u.S1S2 etc.)
- effet déplacement spatial de la source (calcul), en déduire dépendance éclairement avec distance entre deux sources dans cas doublet, puis démo qualitative du critère de brouillage des franges pour source étendue. Ce critère sur Δp (à définir précisément) doit pouvoir être énoncé aussi par coeur
- cas du doublet spectral (proche), justification qualitative (ou quantitative) des battements spatiaux de l'éclairement. Enoncer, par analogie avec le cas de l'extension spatiale, le critère sur Δp (à définir précisément) traduisant brouillage des franges dans le cas d'une raie de faible largeur

Signification de "Δp" doit être maîtrisée dans cas spatial et spectral

- cas lumière blanche : prédire nombre de franges visibles (odg seulement, en assimilant le spectre à une "raie large"), notion de spectre cannelé, en un point de l'écran -> dénombrement cannelures et valeurs des longueur d'ondes éteintes
- réseau plan : PAS ENCORE traité

 

Optique ondul chap.2 : Superposition d'ondes (Cours)

- demander à un étudiant de refaire la démo mettant en évidence les différentes conditions nécessaires à la réalisation d'interférences (avec énoncé)
- ils doivent aussi pouvoir les énoncer par coeur
- attention aux pb de vocabulaire : DeltaPhi = "différence de retard de phase", au point M ou à l'émission ?
Pour deux ondes :
- ddm, ordre d'interférences
- demander à un étudiant d'établir la formule de Fresnel avec les complexes (en supposant donc les deux sources cohérentes), après que la cohérence des deux sources (secondaires nécessairement) a été affirmée
- critère milieu frange brillante, milieu frange sombre
Pour N ondes avec ddm en progression arithmétique :
- facultatif cette année -> ((((demander à un étudiant de déterminer le critère frange brillante, ainsi que la largeur de la frange avec diagramme de Fresnel )))(calcul math est hors pgm)

 

Optique ondul chap.1 : Modèle scalaire (Cours et exos)

- écriture math d'une onde monochromatique (ne pas porter son attention sur l'amplitude, uniquement sur la phase), vocabulaire "retard de phase"
- interroger au moins un étudiant sur la notion de train d'onde : sinus limité dans le temps, retard de phase à l'émission est aléatoirement distribué, pas de corrélation avec le train suivant. Lien en odg avec largeur pic en fréquence
- Déf éclairement, pourquoi un carré ? pourquoi une moyenne (se contenter d'une comparaison entre temps caractéristique, notion filtrage passe-bas) ?
- cohérence spatiale n'est pas au programme, il s'agit juste de savoir que deux points d'une source émettent des trains d'onde dont les retards de phase n'ont aucun lien entre eux
- Définition chemin optique à partir de la durée propagation (c'est son intérêt fondamental, l'expression fonction de indice et distance a été dém ensuite)
- expression chemin optique en fonction distance parcourue dans milieu homogène
- expression donnant l'évolution du retard de phase au cours de la propagation en fonction du chemin optique (par coeur, ne pas insister sur démo)
- Th. Malus (admis) à énoncer en précisant bien qu'il ne faut pas de diffraction "en route"

Révisions d'Optique Géométrique (Cours et exos)

- Rester sur du TRES classique et simple, pour vérifier que les bases sont connues

EMag chap.8 : Induction (Cours et exos)

- révisions PCSI
- ARQS magnétique et conséquence sur MA, puis validité loi des noeuds
- démo Faraday d'après Maxwell : cas contour (circuit ou quelconque) FIXE uniquement
- interroger au moins un étudiant : utilisation Faraday sur un contour qui ne suit pas un circuit filiforme pour traiter les courants de Foucault
- Coeff d'inductance : définition et intérêt, L dans cas solénoïde, énergie magnétique dans cas bobine seule, et cas bobines sous influence
- Attention : au programme de CPGE, les étudiants ne peuvent pas traiter toutes les situations avec la loi de Faraday vue en prépa (pas de flux coupé, pas de champ électromoteur)
- la demo de l'expression du couple de Laplace sur cadre rectangulaire est hors pgm de colle