Rayons X, rayons T, énergie, pression, force pressante, Bac ST2S France 09/2013.
 


La sécurité dans les aéroports est en partie assurée par le passage des voyageurs et de leurs bagages à travers des portiques de détection dont le principe de fonctionnement repose sur l’interaction entre la « lumière » et la matière.
Explosifs : Les rayons X inefficaces
Les explosifs sont principalement composés de carbone, d’hydrogène, d’azote et d’oxygène, comme les tissus vivants. Ce sont tous des éléments légers (de faible numéro atomique) qui de ce fait sont quasiment transparents aux rayons X. C’est pour cela que d’autres mesures de sécurité sont mises en place pour les repérer […]
Et les rayons T ?
Les rayons T et les rayons X sont des ondes électromagnétiques de fréquences différentes. La fréquence des rayons T est de quelques térahertz (THz, soit mille milliards de hertz). Les fréquences des rayons T se trouvent entre celles des infrarouges et des micro-ondes. Ces rayons traversent moins bien les matériaux constitués d’éléments légers que les autres matériaux. Les progrès techniques récents dans la construction de détecteurs de rayons T ouvrent de très nombreuses applications. Ces rayons pourraient ainsi remplacer les rayons X en radiographie médicale ou dans les dispositifs de sécurité.
D'après La physique par les objets du quotidien de C. RAY et JC. POIZAT, Belin 2007.
A quel type d’ondes appartiennent les rayons X et les rayons T ?
Les rayons X et le rayons T font partie des ondes électromagnétiques.
Citer deux autres exemples d’ondes mentionnés dans le texte.
Les infra-rouges et les microondes.
La relation entre la longueur d’onde l et la fréquence n d’un rayonnement s’écrit :
l = c / n.
c : célérité de la lumière dans le vide.
Calculer la longueur d'onde l associée à un rayonnement de fréquence 1 THz.
Données : c = 3,00 x 108 m.s-1 ; 1 THz = 1,0 x1012 Hz.
l =
3,00 x 108 /(1,0 x1012 ) =3,0 10-4 m = 0,30 mm.
Placer sur le diagramme fourni le domaine des rayons T et le domaine visible.

 



En s’appuyant sur le texte, comparer les propriétés d’absorption des explosifs vis-à-vis des rayons X et des rayons T.
Les explosifs, principalement composés de carbone, d’hydrogène, d’azote et d’oxygène sont quasiment transparents aux rayons X. Les rayons T traversent moins bien les matériaux constitués d’éléments légers comme les explosifs ; ces derniers absorbent les rayons T.
En déduire l’intérêt d’utiliser les rayons T dans les dispositifs de contrôle des bagages.
Les rayons T, absorbés par les explosifs, ne sont donc pas reçus par le détecteur. Les explosifs sont rendus visibles sur un écran de contrôle.
De plus, les énergies transportées par les rayons X et les rayons T ont des ordres de grandeur bien différents. L’énergie transportée par un photon de fréquence n est donnée par la relation :
E = h x n.
h est la constante de Planck : h = 6,62×10-34J.s
 Donner l’unité de l’énergie dans le système international (S.I).
L'énergie s'exprime en joule ( J).
Calculer l’énergie d'un photon associé à un rayonnement T de fréquence 1,0 x 1012 Hz.
E = h n =
6,62 10-34*1,0 1012 = 6,62 10-22 J.
Un rayonnement X a une fréquence de 1,0 x 1017 Hz. Choisir et recopier sur la copie l'affirmation correcte parmi les suivantes :
· L'énergie d'un photon X est supérieure à celle d'un photon T. Vrai.
· L'énergie d'un photon T est supérieure à celle d'un photon X. Faux.
· L'énergie d'un photon X est égale à celle d'un photon T. Faux.

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La pressurisation est très utilisée en aéronautique et consiste à rétablir une pression supportable par l’organisme humain. En effet, lorsqu'un avion vole, la pression diminue du fait de l'augmentation de l'altitude et de la diminution de la masse volumique de l'air. Les compagnies sont tenues de maintenir une pression dans la cabine au moins égale à la pression de l'air à l'extérieur de l'avion à une altitude de 2400 mètres.
La loi de la statique des fluides est :
Dp = pB – pA = r  g  h
 En considérant que la masse volumique r de l'air reste constante, montrer que la variation de pression entre le point B au sol et le point A auquel se situe l'avion à l'altitude h = 2400 mètres est Dp = 3,1 x 104 Pa. Données : masse volumique de l'air r = 1,3 kg.m-3 ; intensité de la pesanteur g = 9,8 N.kg-1.

Dp = pB – pA = r  g  h = 1,3 *9,8 *2400 =30576 ~3,1 104 Pa.
La pression atmosphérique au niveau du sol vaut pB = 1,0 x 105 Pa.
Calculer la valeur pA de la pression de l'air qui règne à l'altitude h = 2400 mètres.
Dp = pB – pA ; pA = pBDp =1,0 x 105 -3,1 104 =6,9 104 Pa.
Donner la relation entre la pression, la force pressante et la surface pressée.
p = F/S avec  p : pression en pascal ;  F : force pressante en newton ; S :surface pressée en m2.
Calculer la force pressante exercée par l'air sur un hublot de surface égale à 3,0 x 102 cm2 à l'altitude h = 2400 mètres.
Donnée : 1cm2 = 1 × 10-4 m2
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F = p S =
6,9 104 *3,0102 *10-4 = 2,07 103 ~2,1 103 N.





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