Exercices




Une notion, trois exercices


DIFFÉRENCIATION
Savoir-faire : Déterminer ou exploiter la vitesse d’un signal sonore

15
Le pétard

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MOD : Les propriétés des ondes : vitesse de propagation

Le 14 juillet à la nuit tombante, on observe depuis un ponton sur le lac un pétard qui explose sur la rive opposée. La carte de randonnée mentionne que les deux endroits sont distants de dlac=d_{\mathrm{lac}}= 480 m.
On mesure une durée Δt=\Delta t= 1,4 s entre la lueur de l’explosion et la perception du son de l’éclatement.

1. Rappeler la relation qui lie la célérité de la lumière vlumv_{\text {lum}}, sa durée de propagation Δt\Delta t et la distance dlac.d_{\mathrm{lac}}.


2. En déduire la durée Δt\Delta t mise par la lumière pour traverser le lac jusqu’à notre œil.


3. Justifier que l’on peut considérer avoir vu l’explosion instantanément.


4. Que représente alors aussi Δt?\Delta t \:?


5. Pourquoi peut-on écrire vson=dlacΔtv_{\text {son}}=\dfrac{d_{\mathrm{lac}}}{\Delta t} ?


6. Calculer vson.v_{\text {son}}. Le résultat est-il cohérent avec la valeur du cours ?
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17
Où est tombée la foudre ?

MOD : Les propriétés des ondes : vitesse de propagation

Un éclair


On voit un éclair lors d’un orage, et le tonnerre se fait entendre 2,3 s après. On désire estimer à quelle distance se trouve l’impact de la foudre.

1. Donner les étapes du raisonnement en justifiant les approximations faites.


2. Calculer la distance de l’impact.


Données

  • Célérité de la lumière dans l’air : c=c= 3,00 ×\times 108 m⋅s-1 ;
  • Célérité du son dans l’air à 20 °C : vson=v_{\text {son}}= 340 m⋅s-1.
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16
Le poteau, la masse et le champ

MOD : Les propriétés des ondes : vitesse de propagation

Le père de Léo plante des poteaux au bout de son champ pour préparer un enclos. Léo, à l’autre extrémité du terrain, constate qu’il entend le choc de la masse sur le poteau alors que la masse est déjà remontée.
Il mesure Δt=\Delta t= 0,5 s entre l’instant du choc et l’instant où il perçoit le son.

1. Pourquoi observe-t-il un décalage entre le son perçu et l’image visible du choc ?


2. Exprimer vsonv_{\text{son}} en fonction de Δt=\Delta t= et LL, la longueur du terrain.


3. Calculer L.L.

Pour s'échauffer

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8
Lecture de période

Déterminer, avec précision, la période du signal sonore modélisé ci-dessous. Calculer sa fréquence.


Graphique période du signal sonore

9
Distance parcourue

Le son d’une balle de tennis frappée se déplace à la vitesse v=v= 340 m\cdots-1.

À quelle distance de notre oreille a-t-elle été frappée si le son nous arrive Δt=\Delta t= 0,12 s après le choc ?
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5
Fréquence

Un son périodique a pour fréquence 120 Hz.

Calculer sa période.


6
La mouche

La mouche

Calculer la fréquence d’un battement d’ailes de mouche commune dont la période est : T=T= 1,7 ×\times 10-3 s.


7
Vitesse de propagation

La durée nécessaire pour qu’un son parcoure la distance d=d= 140 m est Δt=\Delta t= 0,42 s dans l'air.

a. Calculer sa célérité en m\cdots-1.


b. Calculer sa célérité en km\cdoth-1.

Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Décrire le phénomène de propagation d’un son :
11
30

Déterminer ou exploiter la vitesse d’un signal sonore :
DIFF

Déterminer la période et la fréquence d’un son :
13

Définir les termes hauteur, intensité sonore et niveau sonore :
14
20

Exploiter une échelle de niveaux sonores :
22

Les sons et leur propagation

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11
Accordeur « bout de manche » en milieu bruyant

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours (fiche de vocabulaire)

Accordeur de guitare


Pour accorder sa guitare sur scène sans gêner les autres et sans être gêné par le bruit environnant, on peut utiliser un accordeur simplement pincé sur la tête de l’instrument. Le modèle présenté n’a pas de micro.

1. Expliquer pourquoi le bruit ambiant empêcherait l’accordage si l’appareil était muni d’un micro.


2. L’appareil comporte un capteur à l’intérieur de la pince. Comment peut-il capter le son généré par la guitare ?
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10
Comparaison de durées de propagation

MOD : Les propriétés des ondes : vitesse de propagation

Ricochets


On lance un caillou dans l’eau d’un lac. Le son du choc se propage dans l’eau, mais aussi dans l’air.

Calculer la durée mise par l’onde sonore pour atteindre la rive opposée située à d=d= 154 m dans chacun des deux milieux.


Données

  • Célérité du son dans l’air : vair=v_{\mathrm{air}}= 340 m⋅s-1 ;
  • Célérité du son dans l’eau : veau=v_{\mathrm{eau}}= 1 500 m⋅s-1.
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12
Le moustique

MOD : Les propriétés des ondes : la fréquence

Les ailes d’un moustique battent environ 720 fois par seconde.

1. Quel est le domaine de fréquences des sons audibles ?


2. Déterminer la fréquence du son perçu et en déduire si ce son est audible.
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13
Enregistrement d’un son

MOD : Utiliser les propriétés des ondes : fréquence

On enregistre un son musical à l’aide d’un microphone relié à un ordinateur. On obtient le signal suivant sur l’écran :

Fréquence des ondes

Tension électrique enregistrée en fonction du temps


1. Justifier que le son est périodique.


2. Déterminer la période du signal.


3. En déduire la fréquence du son.
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14
Sensibilité de l’oreille humaine

APP : Faire un brouillon comprenant schéma, données et notions. Extraire l’information utile sur un schéma

Lorsque l’oreille est soumise à un son, elle transforme l’onde en signal nerveux qui est analysé par le cerveau.

Seuil de douleur et fréquence d'onde sonore

Évolution du seuil de douleur et du seuil d’audibilité en fonction de la fréquence de l’onde sonore


1. Quel est le seuil d’audibilité à 1 000 Hz ?


2. L’oreille est-elle plus sensible aux sons graves ou aux sons aigus ?

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