Activités d'Investigation Contextualisées
Réglage de rétroviseurs de poids-lourd, télémétrie laser de chantier BTP et barrières optiques de sécurité.
Réglage des Rétroviseurs & Élimination des Angles Morts
Situation Professionnelle
Dans un atelier de maintenance poids-lourd, un mécanicien règle le rétroviseur extérieur droit d'un camion frigorifique. Un rayon lumineux provenant d'un obstacle situé au bord de la remorque frappe le miroir au point $I$ sous un angle d'incidence $i_1 = 40^\circ$ mesuré par rapport à la normale au miroir.
Travail à réaliser
1. Loi de Descartes (Compétence S'approprier) : Rappeler la loi de Descartes pour la réflexion et définir ce qu'est la "Normale" au miroir.
2. Angle de Réflexion (Compétence Réaliser) : Déterminer la valeur de l'angle de réflexion $i_2$ sous lequel le rayon est renvoyé vers l'œil du chauffeur.
3. Piège des Angles (Compétence Analyser) : Un apprenti affirme que l'angle entre le rayon incident et la surface en verre du miroir fait $50^\circ$. A-t-il raison ? Justifier.
Voir le corrigé rédigé complet de l'Activité 1
1. Loi de la réflexion : **$i_1 = i_2$**. La normale est la droite perpendiculaire au miroir au point d'incidence $I$.
2. $i_2 = i_1 = 40^\circ$.
3. Oui ! La normale fait $90^\circ$ avec la surface du miroir. L'angle avec la surface vaut $90^\circ - 40^\circ = 50^\circ$. L'apprenti a donc raison.
Alignement & Mesure au Télémètre Laser sur Chantier
Situation Professionnelle
Sur un chantier de charpente métallique, un géomètre mesure la portée exacte d'un hall d'usine. Son télémètre laser envoie une impulsion lumineuse qui se propage en ligne droite, se réfléchit sur une platine cible et revient au capteur récepteur après une durée $t_{aller-retour} = 2{,}4 \times 10^{-7}\text{ s}$ ($0{,}24\text{ }\mu\text{s}$). La vitesse de la lumière est $c = 3 \times 10^8\text{ m/s}$.
Questions d'Investigation
1. Propagation (Compétence S'approprier) : Quelle propriété de la lumière permet d'effectuer une mesure rectiligne de précision ?
2. Formule de Télémétrie (Compétence Analyser) : Expliquer pourquoi la formule de la distance entre le télémètre et la cible est $d = \frac{c \cdot t}{2}$.
3. Calcul de Distance (Compétence Réaliser) : Calculer la distance $d$ en mètres séparant le télémètre du pylône cible.
Voir le corrigé de l'Activité 2
1. C'est la **propagation rectiligne** (en ligne droite) de la lumière dans l'air.
2. L'impulsion laser parcourt 2 fois la distance $d$ (trajet aller jusqu'à la cible + trajet retour réfléchi), soit une distance totale $2d = c \cdot t \implies d = \frac{c \cdot t}{2}$.
3. $d = \frac{(3 \times 10^8) \times (2{,}4 \times 10^{-7})}{2} = \frac{72}{2} = 36{,}0\text{ m}$.
Barrière Optique de Sécurité avec Miroir à 45°
Situation Professionnelle
Pour protéger les opérateurs autour d'une cellule d'usinage robotisée, un électricien installe un émetteur laser qui envoie un rayon horizontal. Pour sécuriser le retour d'angle sans ajouter un second émetteur coûteux, le rayon frappe un miroir plan orienté à $45^\circ$ par rapport à l'horizontale.
Questions & Géométrie Optique
1. Angle d'Incidence (Compétence Analyser) : Le rayon incident est horizontal et le miroir est incliné à $45^\circ$. Calculer l'angle d'incidence $i_1$ par rapport à la normale.
2. Déviation du Faisceau (Compétence Réaliser) : Déduire l'angle de réflexion $i_2$, puis vérifier que le rayon réfléchi est dévié à $90^\circ$ (direction verticale).
3. Validation Technique (Compétence Valider) : Expliquer pourquoi cette solution à miroir plan est économique et efficace pour la sécurité d'atelier.
Voir le corrigé de l'Activité 3
1. $i_1 = 90^\circ - 45^\circ = 45^\circ$.
2. $i_2 = i_1 = 45^\circ$. La déviation totale vaut $i_1 + i_2 = 45^\circ + 45^\circ = 90^\circ$ : le rayon repart verticalement.
3. Un seul émetteur laser et un simple miroir plan suffisent à protéger 2 côtés de la zone sans câblage supplémentaire.