[TPE] Question sur un TP Laser

rafaleur · 19/02/2009 - 15h15

Salutations,

dans le cadre des Travaux Personnels Encadrés, ou TPE, mon groupe et moi même nous posons une question relativement importante.

Notre TPE est basé sur l'armement laser. Nous avons expérimenté pour cela la capacité de perforation d'un laser de 100mW acheté dans le commerce.

Nous avons testé différentes conditions pour percer un ballon de baudruche. En effet, notre laser est capable de percer ces mêmes ballons de baudruche dans certaines conditions :

- Le nombre d’expiration pour gonfler le ballon : 2, 3 ou 4
- La présence de marqueur noir sur le ballon
- L’aire de la marque de marqueur noir : 9cm² ou 272cm²
- La distance laser-ballon : 55, 80 ou 110cm
- La couleur des ballons

On a vu que le nombre d'expiration influe sur le temps d'explosion du ballon. Nous pensons que c'est à cause des fibres tendues de ce même ballon.

Nous avons vu que la distance influait nettement sur le temps d'explosion du ballon, fait justifié par le fait que le laser perd en intensité lors de son parcours plus ou moins long.

La couleur du ballon, elle, n'influe pas.

Le problème vient du fait marqueur noir. En effet, nous avons observé que le ballon n'explose pas en absence de marqueur.
Une personne du groupe a avancé cette théorie qui, je pense, est très juste : Le marqueur noir est opaque, il empêche donc le laser de passer au travers du ballon, et ainsi chauffer la zone du marqueur.

Mais alors comment expliquer que plus la tâche est grande, plus l'explosion se fait rapide ? Pour cela, cette même personne a avancé plusieurs hypothèse :

-Le laser, lors de l'impact, chauffe la zone opaque, et sachant que cette zone est bien plus grande, la probabilité qu'une faille se crée est plus grande.
-Le laser est apparenté à une plaque chauffante. Quand on fait bouillir de l'eau, si on agrandit la zone de chauffage, le temps d'ébullition est plus court. Ainsi, le laser fait "bouillir" l'air et fait exploser le ballon plus rapidement
-Lors de l'application du marqueur, celui-ci fragilise le ballon.
-La couleur du marqueur ( noir ) emmagasine la chaleur et donc une plus grande surface emmagasinerait de la chaleur.

Voilà diverses hypothèses, en espérant que vous puissiez nous y répondre dans un futur proche,

Cordialement,

rafaleur.

ren92120 · 19/02/2009 - 15h33

Je pense que toute vos conclusions sont justes.
Pour ce qui est d'air du marqueur c'est étrange... de quelle taille est la section de votre faisceau laser lorsqu'il arrive sur le ballon?

rafaleur · 19/02/2009 - 17h06

Notre faisceau fait environ 2mm sur le ballon...

**obi76** · 19/02/2009 - 17h33

Envoyé par ren92120

Je pense que toute vos conclusions sont justes.
Pour ce qui est d'air du marqueur c'est étrange... de quelle taille est la section de votre faisceau laser lorsqu'il arrive sur le ballon?

Je crois qu'on a pensé la même chose.

J'émettrai une autre hypothèse : vos ballons sont-ils tous exactement semblables ? Sont-ils gonflés exactement de la même manière (pression égale).

Si je pose la question c'est je suppose que non...

Boulzor · 19/02/2009 - 17h57

Bonjour,

Nous avons vu que la distance influait nettement sur le temps d'explosion du ballon, fait justifié par le fait que le laser perd en intensité lors de son parcours plus ou moins long.

Il faudrait je crois préciser que cette perte d'énergie n'est pas du a la distance plus ou moin grande qui sépare le laser de la sible ( et qui change assez peut l'intensité du rayon je crois pour un laser dans des conditions idéales), mais aux nombre d'impureté et autes poussières que le rayon renconte avant d'ateindre la cible et qui obsorbe l'énergie du fasceau. Si c'était sous entendu alors c'est bon

rafaleur · 19/02/2009 - 18h02

Tout nos ballons était gonflés avec la même pression ( plus ou moins car cela s'est fait avec l'air expirée) mais la différence des résultats ne se fait ressentir que pour ce ballon qui a une surface au marqueur plus importante. En effet l'éclatement du ballon était beaucoup plus rapide (plusieurs seconde de moins) avec une surface de marqueur importante contrairement à un autre ballon dont les autres facteurs (hormis la surface de marqueur plus petite) étaient identique. En effet dans le deuxième cas les ballons éclataient moins vite.

ren92120 · 19/02/2009 - 18h05

Je pense que le probleme est que l'encre du marqueur doit etre agressive pour le plastique du ballon, retenté votre expérience avec un colorant sans solvant...
Charbon de bois, colorant alimentaire ou autre.
Je pense que cela peut expliquer ces différences, sinon je ne vois pas, surtout si le faisceau fait 2 mm de diametre...

rafaleur · 19/02/2009 - 18h11

C'est vraie que nous n'avons pas tentez ceci mais la surface du marqueur influerait donc à cause de la quantité d'encre ???

ren92120 · 19/02/2009 - 18h13

Ba, disons que si cette hypothése est juste, le fait de fragiliser le ballon sur une surface plus importante à forcement un impact sur la resistance globale et le comportement à l'echauffement...

ren92120 · 19/02/2009 - 18h17

une chose de plus, je pense que vos ballons de baudruche doivent présenter des tolérances de fabrication assez mal maitrisé par le fabricant, donc au niveau de la reproductibilité des manips ca doit pas etre terrible non plus

calculair · 19/02/2009 - 19h17

Bonjour
Votre laser emet un faisceau de 100mW sur une tache de 2mm
La surface ce cette tâche est S = Pi D² /4 qoit environ 3mm²

La densite surfacique de puissance du faisceau laser est 100mW/ 3 mm²

ou environ 100 mW *3*10 exp 5 par m² àu 30 000 W/m² on comprend que le ballon n'y resiste pas.

Je pense que la durée de destruction du ballon ne devrait pas varier avec la dimension de la cible noire.

L'idée proposée par Ren92310 d'utiliser des marqueurs neutres qui n'abiment pas le ballon. Le charbon bois me parait être un bon corps noir pour asorber la puissance du laser

rafaleur · 19/02/2009 - 19h21

Envoyé par calculair

Bonjour
Votre laser emet un faisceau de 100mW sur une tache de 2mm
La surface ce cette tâche est S = Pi D² /4 qoit environ 3mm²

La densite surfacique de puissance du faisceau laser est 100mW/ 3 mm²

ou environ 100 mW *3*10 exp 5 par m² àu 30 000 W/m² on comprend que le ballon n'y resiste pas.

Je pense que la durée de destruction du ballon ne devrait pas varier avec la dimension de la cible noire.

L'idée proposée par Ren92310 d'utiliser des marqueurs neutres qui n'abiment pas le ballon. Le charbon bois me parait être un bon corps noir pour asorber la puissance du laser

Merci de vos réponses
Le problème c'est que la durée de destruction varie en fonction de la taille de la cible.... Et le problème est que nous n'arrivons pas à expliquer cette variation...

ren92120 · 19/02/2009 - 19h26

essaye avec du charbon et tu veras si le phenomene persiste, si oui (ce qui m'étonerai) alors la on peu envisager un truc plus poussé du type:
caractére gaussien de la distribution de puissance dans le faisceau laser...
en gros la tache du faisceau serai plus inportante que tu le vois à l'oeil nu et le fait d'agrandir la tache permetrai de recuperer toute l'nergie du faisceau (mais je n'y crois pas trop a cette explication)

calculair · 19/02/2009 - 19h33

Test sur l'effet de votre encre

Vous dessiner une cible avec 2 couleurs avec l'encre utiliseé Le centre noir de dimension variable et la couronne de la couleur ( proche du ballon par exemple )
Les cibles font toutes les mêmes diametres total