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Exercices

Exercice corrigé

10

Télémétrie sonore.

Ben Underwood est un non-voyant qui a la capacité de détecter à distance la présence d’un obstacle sur son chemin. Son attention auditive est telle qu’il perçoit le léger décalage entre le moment où il produit un son (par exemple un claquement de la langue) et celui où l’écho lui revient. L’habitude lui permet de déduire de cette durée la distance à laquelle se trouve l’obstacle qui a généré l’écho. Supposons que Ben entende l’écho de son claquement de langue 47 ms après l’avoir émis.

Étapes de la méthode

  • 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.

Corrigé : 

  • 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 dd' la distance demandée, on a la relation d=v×td' = v \times t. On peut donc calculer la distance dd' parcourue par le son : d=340×0,047=16d' = 3\:40 \times 0\text{,}047 = 16 m.
  • Le son effectue un aller-retour. Il parcourt donc 2 fois la distane dd à laquelle se trouve l'obstacle d'où d=2dd' = 2d.
  • d=2dd' = 2d et donc d=d2d = \dfrac{d'}{2}.
    D'où l'application numérique d=162=8d = \dfrac{16}{2} = 8 m.
    La distance entre Ben et l'obstacle est de 8 m.
11

Télémétrie laser.

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.

Je m'entraine

13

Unités de temps.

L’unité de durée dans le Système international d’unités est la seconde, mais on en utilise d’autres dans la vie quotidienne.
18

Vitesse de la lumière.

20

Utiliser les puissances de 10.

La Terre est située à environ 1,5 x 108 km du Soleil. Cette distance a été choisie pour définir l’unité astronomique U.A.
1 U. A. = 1,5 x 108 km.

Une notion, trois exercices

J'approfondis

22

Attends-moi!

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.
24

Sirius.

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.
25

Jupiter.

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.
26

Mesure de la distance Terre-Lune.

Lors des missions Apollo et Lunokhod, des réflecteurs ont été déposés à la surface de la Lune. Ils permettent de déterminer la distance Terre-Lune en dirigeant un faisceau laser sur eux. L’expérience est réalisée, entre autres, à l’observatoire de la Côte d’Azur.
27

Exoplanète.

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.
28

Parsec.

Les astronomes ont une autre unité à leur disposition, pour exprimer les très grandes distances de l’Univers. Cette unité est le parsec. Son nom vient de la méthode de mesure historiquement utilisée pour déterminer les distances entre la Terre et les astres lointains étudiés.
1 parsec (pc) vaut environ 3,26 années-lumière.
29

Astronomique !

Lorsque les astronomes ont commencé à étudier le système solaire, ils ont utilisé une unité adaptée à l’expression des distances rencontrées : l’unité astronomique (notée U.A.). Une unité astronomique est égale à la distance Terre-Soleil.
Donnée : distance maximale entre la Terre et Jupiter d = 965 000 000 km
30

Sonar.

Joachim accompagne son père, pêcheur, sur son bateau qui est équipé d’un sonar. C’est un dispositif utilisé pour repérer les bancs de poissons. Le sonar émet un son dans l’eau qui se réfléchit sur le banc de poissons puis repart vers le dispositif. La mesure de la durée du trajet du son permet de calculer la distance entre le bateau et le banc de poissons. Ce jour-là sur le bateau du père de Joachim, la durée mesurée est de 5 ms.
Donnée : vitesse du son dans l’eau 1 500 m/s.
32

Proxima 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.
33

Fibre optique.

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.

Je résous un problème

Les dauphins sont des mammifères de la famille des cétacés. Ils sont capables d’émettre et de capter des sons afin de sonder leur environnement: c’est l’écholocation. Cela leur permet de localiser leurs proies. Les dauphins n’émettent pas les sons en continu mais par salves, c’est-à-dire pendant un bref instant et plusieurs fois de suite à intervalles de temps réguliers. Le temps entre chaque émission et la durée de la salve dépendent de la situation (chasse ou localisation).

Sujet Bac S, « Les sons chez les dauphins », Liban, 2005.
Doc. 1
Écholocation des dauphins.

Parcours de compétences

Parcours de compétences

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.

Niveau 1 - Je sais ce qu’est une hypothèse.

Coup de pouce : Pourquoi le supérieur a-t-il fait des reproches au pilote ?

Niveau 3 - Je propose une hypothèse en lien avec le problème.

Coup de pouce : Propose une hypothèse impliquant le fait que l’avion se déplace pour expliquer que le pilote n’ait pas entendu l’explosion tout en étant très proche d’elle.

Niveau 2 - Je comprends l’hypothèse qui m’est proposée.

Coup de pouce : Pour expliquer qu’il n’a pas entendu l’explosion, quelle hypothèse le pilote fait-il à propos du niveau sonore perçu et de la distance entre l’émetteur et le récepteur du son ?

Niveau 4 - Je formule clairement l’hypothèse que j’ai émise pour me permettre de la valider.

Coup de pouce : Utilise la comparaison de la vitesse d’un signal avec celle du récepteur de ce signal pour proposer une explication aux observations du pilote.

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DYS

Exercice 30 : Sonar.

Joachim accompagne son père, pêcheur, sur son bateau qui est équipé d’un sonar. C’est un dispositif utilisé pour repérer les bancs de poissons. Le sonar émet un son dans l’eau qui se réfléchit sur le banc de poissons puis repart vers le dispositif. La mesure de la durée du trajet du son permet de calculer la distance entre le bateau et le banc de poissons. Ce jour-là sur le bateau du père de Joachim, la durée mesurée est de 5 ms.
Donnée : vitesse du son dans l’eau 1 500 m/s.

Question 1

Énoncé
Convertis cette durée en s.

Question 2

Énoncé
Calcule la distance parcourue par le son pour effectuer l’aller-retour entre le sonar et le banc de poissons

Question 3

Énoncé
Calcule la distance entre le bateau et les poissons.
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