Co-construisez les ressources dont vous avez besoin et partagez votre expertise pédagogique.
Dossier Brevet
Thème 1 : Organisation et transformations de la matière
Ch. 1
De l'Univers aux atomes
Ch. 2
Les ions dans notre quotidien
Ch. 3
Quand les acides et les bases réagissent
Ch. 4
La masse volumique
Thème 2 : Mouvement et interactions
Ch. 5
Vitesse et mouvement
Ch. 6
Les forces
Ch. 7
Le poids
Thème 3 : L'énergie et ses conversions
Ch. 8
La conservation de l'énergie
Ch. 9
Résistance et loi d'Ohm
Ch. 10
Puissance et énergie en électricité
Thème 4 : Des signaux pour observer et communiquer
Ch. 11
Des signaux au-delà de la perception humaine
Chapitre 11
Exercices
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
Je me teste
Je sais
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
1
Les ondes hertziennes sont :
de la famille des ondes sonores.
des ondes électromagnétiques.
appelées aussi ondes radio.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
2
Si la fréquence d'un son audible par un être humain augmente :
alors le son devient de plus en plus grave, au point de devenir un ultrason.
alors le son devient de plus en plus grave, au point de devenir un infrason.
alors le son devient de plus en plus aigu, au point de devenir un ultrason.
alors le son risque de ne plus être audible à partir d'une certaine fréquence.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
3
La vitesse des ultrasons dans le vide :
n'existe pas car ces signaux ne se propagent pas dans le vide.
est égale à 340 m/s.
est égale à 340 km/s.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
4
Parmi les types de signaux suivants, trouve l'intrus et justifie ta réponse.
Onde hertzienne - lumière visible - infrarouge - ultrason - ultraviolet - onde radio.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
5
Associe les différents signaux à leur vitesse dans l'air.
340 m/s
300 000 km/s
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
6
Les infrasons et les ultrasons ne sont audibles pour aucun être vivant.
Vrai.
Faux.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
7
La vitesse des ondes radio dans le vide :
est égale à 300 000 m/s.
n'existe pas car ces signaux ne se propagent pas dans le vide.
est égale à 300 000 km/s.
est égale à 300 000 000 m/s.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
Je sais faire
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
8
Un smartphone comporte généralement :
un récepteur d'ondes radio.
un émetteur de signaux sonores.
un émetteur de lumière visible.
un récepteur de lumière visible.
un émetteur d'ondes radio.
un récepteur de signaux sonores.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
9
Pour calculer la durée de propagation d'un ultrason sous l'eau :
on a besoin de trouver dans l'énoncé la vitesse du son dans l'eau.
on a besoin de trouver dans l'énoncé la distance parcourue par le son.
on a besoin de trouver dans l'énoncé la fréquence du son.
on a besoin de trouver dans l'énoncé la vitesse du son dans l'air.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
Exercice corrigé
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
Compétence : Écrire des phrases claires, sans faute, en utilisant le vocabulaire adapté
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
Doc. 1
Pluton.
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Crédits : NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Wikimedia
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
Doc. 2
Sonde New Horizons.
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Crédits : NASA/Wikimedia
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
10
New Horizons.
En juillet 2015, la sonde New Horizons s'est approchée de Pluton, située alors à 4,86 milliards de kilomètres de la Terre. La sonde est équipée, entre autres :
d'une caméra infrarouge pour étudier la composition du sol plutonien ;
d'un appareil permettant d'analyser les ultraviolets émis par la planète naine.
Son antenne radio parabolique a permis d'envoyer vers la Terre la photographie ci-dessous de Pluton et de recevoir des instructions.
1. Liste les récepteurs de signaux électromagnétiques utilisés par la sonde. Précise pour chacun le type de signal reçu.
2. Explique rapidement pourquoi la sonde ne comporte pas de capteurs sonores ou ultrasonores.
3. Calcule la durée de propagation en heures et en minutes d'un signal radio entre la sonde et la Terre.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
Étapes de la méthode
Une seconde lecture très attentive de l'énoncé est nécessaire, en notant chaque récepteur et le signal correspondant rencontrés à l'écrit ou en image.
Attention, toujours prendre en compte les conditions de propagation du signal envisagé.
Pour effectuer un calcul lié à la vitesse, il faut repérer les données de l'énoncé: si la distance et la vitesse sont indiquées, alors il s'agit de trouver la durée.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
Corrigé
Parmi les signaux évoqués dans le document, on repère les infrarouges et les ultraviolets. La sonde comporte une caméra pour la lumière et l'antenne suggère la réception d'ondes radio. Ainsi, les récepteurs sont :
la caméra infrarouge ;
le capteur ultraviolet ;
la caméra visible ;
l'antenne parabolique, recevant des instructions par ondes radio.
La sonde est dans l'espace. Il n'y a pas d'atmosphère, donc pas de son.
On connait la distance d entre la Terre et la sonde : environ 4,86 milliards de kilomètres, soit d = 4 860 000 000 km. La vitesse des ondes radio est 300 000 km/s.
La formule à utiliser est t=vd avec d en km et v en km/s. La durée sera donc en s.
On a 3000004860000000=16200s. Or 1 h = 3 600 s. Donc 16 200 s représentent 360016200h soit 4,5 h.
La durée de propagaton du signal radio est donc de 4 h 30 min.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
Exercice similaire
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
11
Spirit
Le robot Spirit a parcouru le sol et l'atmosphère de Mars de 2004 à 2010. Parmi les appareils qui le composaient, il y avait une caméra infrarouge, un analyseur de rayons gamma et un détecteur de rayons X pour analyser le sol martien. Les informations étaient envoyées vers la Terre, à cent millions de kilomètres.
1. Donne les différents récepteurs de signaux électromagnétiques qu'utilise le robot. Précise pour chacun le type de signal reçu.
2. Aurait-il pu enregistrer des sons pendant son voyage ? Explique ta réponse.
3. Calcule la durée de propagation d'un signal radio entre Mars et la Terre.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
Je m'entraine
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
12
Un exposé sur le dauphin.
Éric a recherché certaines informations sur les dauphins et leurs communications sonores. Voici ses notes :
Les dauphins sont des mammifères vivants dans l'eau. Ils ont la capacité d'émettre et d'entendre des sons qui ne sont pas audibles pour les humains. Par exemple, un son de fréquence 0,12 × 104 dB n'est pas audible pour nous. Ce son se propage à la vitesse de 340 m/s dans l'eau.
1. Retrouve les erreurs qu'a commises Éric et corrige-les.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
13
Entendre des infrasons et des ultrasons.
Le tableau suivant présente les domaines des sons audibles pour différentes espèces animales en fonction de la fréquence.
Le zoom est accessible dans la version Premium.
1. À partir de ce document, cite deux espèces capables d'entendre des infrasons.
2. Combien d'espèces du document sont capables d'entendre des ultrasons ?
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
14
To bee or not to bee.
✔︎Compétence : Comprendre et interpréter des tableaux ou des documents graphiques
Le diagramme suivant présente les gammes de fréquence des signaux lumineux visibles pour les hommes et ceux perçus par les abeilles. Pour les abeilles, il s'agit d'une hypothèse.
Le zoom est accessible dans la version Premium.
1. Les abeilles sont-elles capables de percevoir les infrarouges selon cette hypothèse ? Explique ta réponse.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
15
Les risques d'exposition à un son trop fort.
On considère que l'ouïe est en danger à partir d'un niveau de 80 dB durant une journée de travail de 8 heures. Si le niveau est extrêmement élevé (supérieur à 130 dB), toute exposition, même de très courte durée, est dangereuse.
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Crédits : Choksawatdikorn/Shutterstock
1. L'image ci-dessus te montre la mesure du volume sonore en bordure d'une route fréquentée. Quelle conclusion peux-tu tirer de cette image ?
et donne trois conseils afin de protéger les oreilles d'un vendeur de fruits qui travaillerait au bord de cette route.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
16
Notation scientifique.
On a mesuré différentes fréquences de signaux électromagnétiques.
Signal
Fréquence en Hz
Signal
Fréquence en Hz
A
1,23 x 105
D
0,123 x 108
B
12,3 x 106
E
123 x 103
C
1,23 x 104
F
12 300
1. Quels signaux ont leur fréquence écrite en notation scientifique ?
2. Écris en notation scientifique la fréquence des autres signaux.
3. Classe les signaux par fréquence décroissante.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
Une notion, trois exercices
Différenciation
Compétence : Pratiquer le calcul numérique et le calcul littéral
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
17-A
Une supernova filmée… en différé.
En 2016, l'explosion d'une étoile, encore appelée supernova, a pu être reconstituée à partir des données enregistrées par le télescope spatial Kepler en orbite autour de la Terre. L'explosion de cette étoile, 300 fois plus grosse que le Soleil, aurait duré 1 h. Ne pense pas que cette supernova a été filmée en direct: elle a eu lieu il y a 1,2 million d'années.
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Crédits : NASA/ESA/HEIC and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
1. Est-il possible que le son de l'explosion se propage dans le vide de l'espace ?
2. Indique alors si l'enregistrement de cette explosion peut comporter du son.
3. Rappelle la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide en km/s.
4. Combien de temps la lumière a-t-elle mis pour parcourir la distance entre cette étoile et le télescope spatial ?
5. Exprime cette durée en secondes.
6. Donne la relation entre la distance parcourue par la lumière en km et la durée de propagation en s.
7. Calcule alors la distance parcourue par la lumière depuis cette supernova jusqu'à Kepler.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
17-B
Une fausse supernova.
Le 14 juin 2015, une source lumineuse d'intensité importante a été détectée. Cet évènement baptisé ASASSN-15lh fut pour un temps assimilé à une supernova (l'explosion d'une étoile). En décembre 2016, après plusieurs mois d'étude de la luminosité de ASASSN-15lh, les chercheurs ont conclu que cet évènement n'était pas une supernova mais une étoile en cours de dislocation lors de sa capture par un trou noir. L'image ci-dessus est une vue d'artiste représentant l'évènement qui a probablement eu lieu. D'après les mesures effectuées, la dislocation de l'étoile a eu lieu il y a 3,8 milliards d'années.
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Crédits : ESO/ESA-Hubble/M. Kornmesser
1. Pour quelles raisons l'enregistrement comporte-t-il uniquement de la lumière et pas de son ?
2. Quelle est la valeur de la vitesse de la lumière ?
3. Rappelle la relation entre la distance d parcourue par la lumière émise et la durée de son parcours. Précise les unités utilisées.
4. Calcule alors en km la distance parcourue par la lumière d'ASASSN-15lh pour parvenir jusqu'à la Terre.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
17-C
Un instrument pour observer la formation de systèmes solaires.
SPHERE est un instrument d'observation et de recherche des exoplanètes installé sur le télescope de l'observatoire de Paranal de l'ESO (Observatoire européen austral) au Chili. Cet instrument a permis d'avoir des images de disques protoplanétaires (à partir desquels les planètes vont se former autour d'étoiles). L'image ci-contre est celle du disque protoplanétaire entourant l'étoile HDB135344B. D'après les mesures effectuées, cette image, capturée en 2016, date d'il y a 450 ans.
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Crédits : ESO T/Stolker et al.
1. SPHERE peut-il enregistrer des sons provenant de ces disques protoplanétaires ? Justifie ta réponse.
2. Calcule la distance en km entre ce disque protoplanétaire et le système solaire.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
J'approfondis
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
18
Les sondes Voyager 1 et 2.
Les sondes Voyager 1 et 2 ont été lancées en 1997. Elles sont en train d'atteindre les limites de notre système solaire. Les signaux radio envoyés par la sonde Voyager 1 mettent 15 h pour parvenir à la Terre. La sonde Voyager 2 est située à 13,5 milliards de kilomètres de nous.
Le zoom est accessible dans la version Premium.
1. Calcule la distance en km qui nous sépare de la sonde Voyager 1.
2. Calcule la durée en h mise par un signal radio de Voyager 2 pour atteindre la Terre.
3. La sonde Voyager 2 continue sa route selon un mouvement rectiligne uniforme, à la vitesse de 15,5 km/s. Elle croisera la route de l'étoile Ross 248 de la constellation d'Andromède dans 40 000 ans.
Calcule la distance entre la Terre et l'étoile Ross 248 en km.
4. Exprime le résultat en années-lumière.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
Après avoir pris l'ascenseur, Marc reçoit une notification de message et constate qu'il a raté un appel, sans comprendre pourquoi. Chez lui, sa sœur explique : « C'est normal que tu aies raté cet appel puisque l'ascenseur est entièrement fait de parois métalliques ».
1. Quelle hypothèse sur la propagation des ondes radio semble faire la sœur de Marc ?
2. Quelle expérience permettrait de tester cette hypothèse chez toi, avec comme téléphones un portable et un autre fixe et du matériel provenant par exemple de la cuisine ?
3. Réalise cette expérience avec l'accord de l'un de tes parents. Quelle conclusion peux-tu faire ?
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
20
Fibre optique : endoscopie.
Lors d'une endoscopie, on insère deux tubes de fibre optique dans l'abdomen du patient pour observer les organes : le premier transmet de la lumière visible entre une source lumineuse et l'intérieur de l'abdomen. Le second capte la lumière à l'intérieur de l'abdomen et la transmet à une caméra. Celle-ci diffuse alors une image des organes, image nécessaire au diagnostic du médecin.
1. Pourquoi faut-il une fibre optique qui apporte de la lumière visible dans l'abdomen ?
2. Décris le trajet de la lumière depuis la source lumineuse jusqu'au récepteur.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
21
Infrarouges et énergie thermique perdue par les bâtiments.
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Thermographe 1.
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Thermographe 2.
Inspirés de la vision infrarouge des serpents, les thermographes sont des appareils qui permettent de repérer les infrarouges émis. L'appareil indique en rouge les zones où l'émission d'infrarouges est forte, et en bleu les zones de moindre émission. La thermographie est utilisée dans l'analyse de l'isolation thermique des maisons. L' image 1 présente deux bâtiments différemment isolés.
1. Lors de la constitution des thermographies de l'image 1, précise quel était le récepteur et l'émetteur d'infrarouges.
2. Quel bâtiment te semble le mieux isolé thermiquement ? Justifie ta réponse.
3. Par quel endroit l'énergie thermique s'échappe-t-elle du bâtiment le mieux isolé thermiquement ?
4. Justifie à l'aide de l'image 2 qu'il est important de connaitre l'heure à laquelle la thermographie a été réalisée et d'avoir également une image en lumière visible du bâtiment.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
22
Infrarouges et serpents.
Tous les serpents détectent les infrarouges. Pas avec leurs yeux cependant, puisque même masqués les serpents parviennent à détecter leur proie. Leurs détecteurs d'infrarouges se logent dans de petites fossettes situées entre les narines et les yeux. Les animaux à « sang chaud » transfèrent une partie de leur énergie thermique à l'environnement en rayonnant à une fréquence de 33 000 GHz, la fréquence d'infrarouge que les fossettes des serpents détectent le mieux.
1. Quelles sont les deux indications de l'énoncé qui permettent d'affirmer que les yeux des serpents ne sont pas les récepteurs infrarouges ?
2. Un serpent attrape une souris durant la nuit. Dans cette situation, précise l'émetteur et le récepteur d'infrarouges.
3. Quelle information apporte aux serpents cette vision infrarouge ?
4. Donner en notation scientifique la fréquence des infrarouges émis par les mammifères.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
23
Fibre optique II : connexion internet.
Les fibres optiques sont des filaments cylindriques en silice d'environ 150 μm de diamètre qui acheminent des signaux lumineux. Elles sont très utilisées dans les domaines des télécommunications. Ainsi, 12 315 km de fibres optiques ont été déposés au fond de l'océan Atlantique entre les États-Unis et la France en 2002, pour augmenter le débit de la liaison internet entre ces deux pays. Ce débit est désormais de 80 Go/s. Note : 1 μm = 0,000 001 m. Vitesse de la lumière dans la silice : 200 000 km/s.
1. Donne en notation scientifique la valeur en m du diamètre d'une fibre optique.
2. La lumière se propage-t-elle plus rapidement dans une fibre optique que dans l'air ? Justifie ta réponse.
3. En combien de temps un film de deux heures (4,7 Go) est-il transmis entre la France et les États-Unis par le câble sous-marin décrit dans l'énoncé ?
4. Calcule la durée de propagation en s d'un signal lumineux entre la France et les États-Unis.
Ressource affichée de l'autre côté. Faites défiler pour voir la suite.
24
La répartition des notes de musique.
Le tableau ci-dessous présente les fréquences des notes de musique que les cordes d'une guitare jouent à vide. Deux octaves sont balayées : du mi de l'octave 2 au mi de l'octave 4. Une octave est l'intervalle séparant deux sons ayant des fréquences doubles l'une de l'autre.