Exercices

Associe à chacun de ces mobiles ou signaux sa vitesse de déplacement dans l'air.

384 000 km.

384 km.

350 000 km.

128 000 km.

• Pour convertir des millisecondes en secondes, on peut utiliser le tableau de conversion.
  

  s			ms

  
  
• Pour effectuer l'application numérique, on remplace la vitesse v (en m/s) et la durée du trajet t (en s) par leurs valeurs.
• Les sons parcourent la distance d entre Ben et l'objet puis de nouveau la distance d pour revenir de l'objet à Ben.
• Pour calculer la distance d, on divise la distance d' par le nombre de fois que les sons parcourent la distance d.

• 1 ms = 0,001 s donc 47 ms = 0,047 s.
• La vitesse du son dans l'air est de 340 m/s. En notant d' la distance demandée, on a la relation d' = v \times t. On peut donc calculer la distance d' parcourue par le son : d' = 3\:40 \times 0\text{,}047 = 16 m.
• Le son effectue un aller-retour. Il parcourt donc 2 fois la distane d à laquelle se trouve l'obstacle d'où d' = 2d.
• d' = 2d et donc d = \dfrac{d'}{2}.
  D'où l'application numérique d = \dfrac{16}{2} = 8 m.
  La distance entre Ben et l'obstacle est de 8 m.

Le télémètre laser permet de mesurer des distances. Il mesure la durée nécessaire à la lumière pour faire l'aller-retour entre l'objet réflecteur et lui. Il calcule ensuite la distance qui les sépare. Soit une situation pour laquelle cette durée est de 0,1 μs.

Donnée : 1 μs = 0,000 001 en s.

1. Quelle relation existe-t-il entre la vitesse v, la distance d et la durée de parcours t ?

2. Quelles sont les unités respectives de v, d et t dans le Système international d'unités ?

L'unité de durée dans le Système international d'unités est la seconde, mais on en utilise d'autres dans la vie quotidienne.

Convertis les valeurs suivantes :

Dans le tableau suivant, précise les unités de distance et de durée pour que le résultat du calcul v = \dfrac{d}{t} soit dans l'unité de vitesse indiquée.

Comme pour l'orage, pour savoir à quelle distance un feu d'artifice explose, on compte le nombre de secondes qui séparent la vision de l'explosion et son bruit puis on divise ce nombre par 3 : on obtient alors, en km, la distance qui nous sépare de l'explosion. Vérifions la validité de ce calcul avec un exemple. Une fusée explose à 4 km d'un observateur. La lumière se propage à 300 000 km/s, le son se propage à 340 m/s.

1. Calcule la différence entre les durées mises par la lumière et le son du tonnerre pour parcourir 3 km.

2. En utilisant la méthode de la division par 3, quelle distance l'observateur va-t-il trouver pour l'orage ? La méthode de la division par 3 est-elle valide dans ce cas ?

Enzo et Bilal font une balade en vélo. Enzo a pris un peu d'avance. Bilal crie pour qu'il l'attende. Le son de la voix de Bilal met 2 s pour atteindre Enzo.

1. Quelle est la valeur moyenne de la vitesse du son dans l'air ?

2. Calcule la distance qui sépare Enzo et Bilal.

Lorsqu'un avion vole à une vitesse supérieure à la vitesse du son dans l'air, on dit qu' « il franchit le mur du son ». On entend alors un bang supersonique.

L'étoile Sirius est l'étoile la plus brillante lorsqu'on observe le ciel. Elle est située à environ 86 000 000 000 000 km de la Terre.

1. À combien d'années-lumière Sirius est-elle située de la Terre ?

2. Quelle durée la lumière de Sirius met-elle pour nous parvenir ?

Jupiter peut être confondue avec une étoile lorsqu'on observe le ciel nocturne à l'œil nu. Pourtant, il s'agit bien d'une planète qui nous renvoie la lumière du Soleil. La distance maximale entre la Terre et Jupiter est d'environ 965 000 000 km.

1. Quelle durée en minutes la lumière met-elle pour nous parvenir de Jupiter ?

2. Calcule la distance entre la Terre et Jupiter en années-lumière.

3. L'année-lumière te semble-t-elle être une unité bien adaptée pour exprimer la distance entre la Terre et Jupiter ?

Une exoplanète est une planète située en dehors de notre système solaire, en orbite autour d'une étoile autre que le Soleil. La planète Kepler-438b est située à 470 a.l. de la Terre.

1. Combien d'années faudrait-il pour se rendre sur Kepler-438b depuis la Terre en voyageant à la vitesse de la lumière ?

2. Quelle est la distance en kilomètres séparant la Terre de Kepler-438 b ?

Proxima b est la planète la plus proche de la Terre en dehors de notre système solaire. Cette planète est remarquable car elle se trouve dans la zone habitable de l'étoile autour de laquelle elle gravite. Proxima b est située à 4,2 a.l. de la Terre. La vitesse maximale d'une navette spatiale est actuellement d'environ 28 000 km/h.

1. Calcule en km la distance entre la Terre et Proxima b, en utilisant les puissances de 10.

2. Combien d'années faudrait-il actuellement à une navette spatiale pour aller de la Terre à Proxima b si elle pouvait maintenir sa vitesse maximale tout au long du trajet ?

L'utilisation d'internet nécessite des flux de données de plus en plus importants. La fibre optique est en cours de déploiement dans de nombreuses villes. Une fibre optique est constituée de plusieurs couches. Au centre, on trouve un tube de verre très fin dans lequel se propage le signal lumineux.

Données : vitesse de la lumière dans le verre de la fibre optique = 200 000 km/s ; distance entre Paris et Lyon : environ 470 km.

1. Calcule la durée nécessaire à un signal pour être transmis par fibre optique de Paris à Lyon.

2. Un courriel met environ 10 secondes pour être transmis entre deux utilisateurs situés respectivement à Paris et à Lyon. a. Compare cette durée à celle de la transmission du signal calculée à la question précédente. b. La durée de transmission des informations est-elle limitée par celle du traitement des données ou par celle de la transmission du signal ?

Les dauphins utilisent l'écholocation pour se repérer dans leur milieu aquatique. Détermine à quelle distance du fond se trouve un dauphin, sachant que le son se déplace à environ 1 500 m/s dans l'eau.

Convertis les valeurs suivantes en utilisant les puissances 10 :

Un TGV parcourt la distance entre Paris et Lyon, soit environ 460 km, en environ 2 h.

1. Calcule la vitesse moyenne du TGV sur ce trajet.

2. Combien de temps (en heures) faudrait-il à ce TGV pour parcourir les 640 km séparant Lyon de Barcelone ?

Utilise les mots dans l'ordre que tu souhaites pour construire des phrases correctes.

Un 14 juillet, à la tombée du jour, un pilote de chasse curieux passe au-dessus du site d'un feu d'artifice. Une bombe d'artifice éclate juste derrière son avion. Son supérieur lui reproche par radio de prendre des risques, mais le pilote estime qu'il n'était pas si proche, car bien qu'ayant vu l'éclat il n'a pas entendu la bombe.

Quelle hypothèse permet d'expliquer que le pilote n'a pas entendu le son de la détonation ?