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Exercices Pour s'échauffer/Pour commencer
P.475-477

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Exercices




Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

7
14
DIFF

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Pour s'échauffer


5
Unités de surface

Effectuer les conversions suivantes :

a. cm2 en m2.


b. mm2 en m2.


c. m2en cm2.
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6
Puissance sonore

1. Calculer l’intensité sonore d’un son dont la puissance sur le tympan, de surface  mm2, est de  W.


2. Calculer la puissance sonore de ce même son sur une surface de cm2.
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7
Sifflet maritime

Les navires de plus de  m de long doivent disposer d’un sifflet donnant un niveau sonore d’au moins  dB mesuré à  m.

Calculer l’intensité sonore.


Sifflet maritime
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8
Isolation phonique

La laine de verre est un matériau utilisé pour l’isolation thermique et phonique des bâtiments. Une épaisseur de  mm de laine de verre permet d’avoir une atténuation d’environ  dB.

Préciser par combien l’intensité sonore est alors divisée.
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9
Seuil de la douleur

Lorsque l’intensité sonore atteint environ  W·m-2, la sensation auditive devient douloureuse.

Calculer le niveau d’intensité sonore correspondant.
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10
Klaxon

Un automobiliste démarre en klaxonnant. Décrire l’évolution de la perception sonore d’une auditrice restée sur le trottoir.


klaxon

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11
Signal de recul

Un camion recule à km·h-1. Son signal de recul émet à kHz. La vitesse du son dans l’air est m·s‑1.

Calculer la fréquence reçue par un piéton placé derrière, puis devant le camion.


Données
  • Expression du décalage Doppler en approche :
  • Doppler en éloignement :

  • Intensité sonore de référence : W·m-2
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Pour commencer

Intensité sonore


12
Alarme incendie

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

L’intensité sonore d’une alarme incendie à m de distance est de W·m-2. On suppose, pour simplifier, qu’elle émet de façon isotrope (identiquement dans toutes les directions) dans une demi-sphère.

Calculer la puissance sonore de cette alarme.


Donnée
  • Surface d’une demi-sphère de rayon :
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13
Niveau d’intensité sonore

REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques

1. Compléter le tableau ci-après.

Bruit Ronronnement de chat Conversation Rue bruyante Avion au décollage
(W·m-2)
(dB)
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14
Seuil de danger

REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques

On estime qu’une exposition prolongée à un son de plus de dB peut entraîner des séquelles sur l’audition.

1. Calculer l’intensité sonore correspondante.


2. En déduire la puissance reçue par le tympan sachant que sa surface est de mm2.
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15
Sonar et radar

VAL : Analyser des résultats

Un navire utilise un sonar pour cartographier le fond marin. Le signal est émis en surface avec une intensité de mW·m-2. Lorsqu’il atteint le fond, à m de profondeur, son intensité est de mW·m-2.

1. Calculer l’atténuation correspondante en (dB).


2. En déduire le coefficient linéaire d’atténuation en (dB·m-1) de l’eau pour cette onde.


3. Calculer la distance au bout de laquelle une onde radar subit la même atténuation. Commenter.


Donnée
  • Coefficient linéaire d’atténuation des ondes radar dans l’eau de mer : dB·cm-1
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16
Guitare électrique

REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques

Le système d’amplification d’une guitare électrique permet un gain de dB. Cette même guitare électrique, non branchée, fournit à m une intensité sonore de W·m-2.

Jimi Hendrix


1. Calculer le rapport entre les intensités sonores avec et sans amplification.


2. Calculer son intensité, puis son niveau sonores à m après amplification.


3. Calculer le niveau et l’intensité sonores à m, sachant que cela correspond à une atténuation dB.
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Supplément numérique
A
Crescendo

REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques

Lors d’un concert, une violoniste commence à jouer seule, puis d’autres violons s’ajoutent progressivement. On suppose que les violons sont tous à la même distance de l’auditeur et qu’un violon seul donne une intensité sonore de W·m-2

1. Calculer le niveau d’intensité sonore ressenti par l’auditeur pour un, deux puis douze violons.


2. Calculer le nombre de violons qui jouent lorsque le niveau d’intensité sonore est de 95 dB.
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Effet Doppler


17
Corne de brume

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

Un navire approche du port à une vitesse nd, exprimée en nœud, par un temps agité. Il active sa corne de brume qui émet un son de fréquence Hz.

1. Préciser s’il s’agit d’un son grave ou aigu.


2. Calculer la fréquence perçue sur le port.


Données
  • Vitesse du son dans l’air : m·s-1
  • Conversion d’unité : km·h-1 nd
  • Expression du décalage Doppler en approche :

  • Expression du décalage Doppler en éloignement :
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18
Mesure de la vitesse d’un hélicoptère

VAL : Analyser des résultats

Un hélicoptère émet un son de fréquence Hz. Un observateur immobile au sol entend un son de fréquence kHz.

1. Préciser en le justifiant si l’hélicoptère s’approche ou s’éloigne.


2. Calculer la vitesse de l’hélicoptère.


3. Calculer la fréquence qui serait entendue si l’hélicoptère allait dans la direction opposée.
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19
Chant du loup

REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques

Un navire de guerre immobile à la surface utilise un sonar émettant à une fréquence kHz pour sonder l’océan. Un sous-marin se déplaçant horizontalement réfléchit cette onde vers le sonar. L’axe sonar/sous-marin fait un angle ° avec l’horizontale. Le sonar détecte un décalage de fréquence Hz entre l’onde émise et l’onde reçue.

1. Exprimer le décalage en fréquence en fonction de la fréquence , la vitesse du sousmarin et la vitesse du son dans l’eau .


2. . Calculer la vitesse du sous-marin.


Schéma d'un sous-marin

Schéma de la situation

Données
  • Expression du décalage Doppler dans cette situation :
  • Vitesse du son dans l’eau : m·s-1
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Effet Doppler-Fizeau


20
Top Gun

RAI/ANA : Communiquer sur les étapes de résolution

Un avion de chasse se déplaçant à m·s-1 est suivi par un autre avion allant à m·s-1. Les deux avions utilisent un radar émettant à une fréquence de GHz.

Calculer la différence des fréquences mesurées par les deux radars à bord des avions.


Donnée
  • Expression du décalage en fréquence Doppler-Fizeau :
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21
Lidar

REA : Appliquer une formule

Le lidar est une technologie similaire au radar, mais utilisant des ondes du spectre visible ou infrarouge. Un lidar émettant à une longueur d’onde de µm détecte une longueur d’onde plus élevée de m.

1. Préciser si l’objet s’éloigne ou se rapproche.


2. Calculer la vitesse de l’objet sondé.


Donnée
  • Décalage en longueur d’onde dans ce cas :
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22
Vitesse d’éloignement d’une galaxie

APP : Extraire l’information utile

En analysant le spectre de la lumière d’une galaxie, on observe que la raie Ha de l’hydrogène est à nm, alors que la même raie, mesurée sur Terre, se situe à nm. La vitesse d’éloignement d’une galaxie est donnée par :


 : la vitesse d’éloignement (m·s-1)
 : la constante de Hubble (m·s-1 ·a.l.-1)
 : la distance de la galaxie (a.l.)


1. Justifier que cette galaxie s’éloigne de nous.


2. Calculer la vitesse à laquelle cette galaxie s’éloigne.


3. En déduire à quelle distance elle se trouve en annéelumière (a.l.).


Données
  • Décalage en longueur d’onde Doppler-Fizeau :
  • Constante de Hubble : m·s-1·a.l.-1
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Supplément numérique

Retrouvez des photos du télescope Hubble en cliquant ici et découvrez le diagramme de Hubble représentant la vitesse d’éloignement des galaxies en fonction de la distance en cliquant ici.

Une notion, trois exercices


DIFFÉRENCIATION

Le cor des Alpes est un instrument fait d’un long tube de bois recourbé à son extrémité.
Un berger joue une note de longueur d’onde m. À m de distance, l’intensité sonore est W·m-2.

Doc. 1
Atténuation d’une source isotrope

Distance (km)
Atténuation par rapport à une distance de m (dB)

Doc. 2
Atténuation d’une source isotrope

Atténuation d’une source isotrope

Données

  • Intensité sonore de référence : W·m-2
  • Vitesse du son dans l’air : m·s -1
  • Expression de la dilution sphérique :

23
Cor des Alpes (1) ◉◉

APP : Faire des prévisions à l’aide d’un modèle

À l’aide du doc. 1, calculer le niveau d’intensité sonore à km du berger.
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24
Cor des Alpes (2) ◉◉

APP : Faire des prévisions à l’aide d’un modèle

Calculer le niveau d’intensité sonore à km du berger.
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25
Cor des Alpes (3) ◉◉◉

APP : Faire des prévisions à l’aide d’un modèle

Pourra-t-on entendre le cor à km du berger ?
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