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1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Identification des espèces chimiques
Ch. 2
Composition des solutions aqueuses
Ch. 3
Dénombrer les entités
Ch. 4
Le noyau de l’atome
Ch. 5
Le cortège électronique
Ch. 6
Stabilité des entités chimiques
Ch. 7
Modélisation des transformations physiques
Ch. 8
Modélisation des transformations chimiques
Ch. 9
Synthèse de molécules naturelles
Ch. 10
Modélisation des transformations nucléaires
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Décrire un mouvement
Ch. 12
Modéliser une action sur un système
Ch. 13
Principe d’inertie
3. Ondes et signaux
Ch. 14
Émission et perception d’un son
Ch. 15
Analyse spectrale des ondes lumineuses
Ch. 16
Propagation des ondes lumineuses
Ch. 17
Signaux et capteurs
Méthode
Fiches méthode
Fiches méthode compétences
Annexes
Chapitre 14
Exercice corrigé
Influence de la température sur la vitesse du son dans l'air
17 professeurs ont participé à cette page
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Énoncé
Compétence(s)
MOD : Les propriétés des ondes : fréquence / longueur d'onde / vitesse de propagation
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On place deux émetteurs/récepteurs d'ultrasons aux extrémités de deux tubes identiques, de longueur
L= 4,0 cm qui contiennent de l'air.
Le premier tube est maintenu à \theta=+ 30 °C et le second à \theta=- 10 °C grâce à un système d'isolation thermostaté.
On envoie simultanément une salve d'ultrasons dans chaque tube. Les émetteurs et récepteurs sont reliés à un ordinateur qui enregistre les signaux émis et reçus à l'autre extrémité. On obtient le graphique suivant :
Le premier tube est maintenu à \theta=+ 30 °C et le second à \theta=- 10 °C grâce à un système d'isolation thermostaté.
On envoie simultanément une salve d'ultrasons dans chaque tube. Les émetteurs et récepteurs sont reliés à un ordinateur qui enregistre les signaux émis et reçus à l'autre extrémité. On obtient le graphique suivant :
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1. Que représentent les grandeurs en abscisse et en ordonnée ?
2. Pourquoi les courbes qui modélisent les salves sur l'écran sont-elles décalées sur l'axe des abscisses ?
3. Donner la durée de parcours des ultrasons dans chaque cas.
4. Exprimer et calculer la vitesse du son pour chaque cas. Conclure.
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Données
- Une salve d'ultrasons est une succession d'ondes ultrasonores émise pendant une certaine durée, formant un « paquet » d'ultrasons. Entre deux salves rien n'est émis.
- Célérité du son :
dans l'air à 20 ° C : v_{\mathrm{air}}= 340 m⋅s-1 ;
dans l'acier : v_{\mathrm{acier}}= 5 800 m⋅s‑1.
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Analyse de l'énoncé
1.
Bien observer le montage pour comprendre son principe. Qu'est-ce qui est fait ? Que mesure-t-on ?
2. Analyser les données affichées sur l'axe du graphique.
3. Il n'est pas demandé de calculer, les informations peuvent se trouver sur le graphique.
4. La vitesse des sons dépend de quelles grandeurs ? Sont-elles disponibles dans l'énoncé ?
2. Analyser les données affichées sur l'axe du graphique.
3. Il n'est pas demandé de calculer, les informations peuvent se trouver sur le graphique.
4. La vitesse des sons dépend de quelles grandeurs ? Sont-elles disponibles dans l'énoncé ?
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Pour bien répondre
1.
Il faut être précis sur le vocabulaire. On compare le début de l'émission avec le début de la réception.
3. Attention de bien préciser l'unité.
4. « Exprimer » signifie qu'il faut donner l'expression littérale. Attention aux unités et aux chiffres significatifs. Mettre la longueur en m et le temps en s.
3. Attention de bien préciser l'unité.
4. « Exprimer » signifie qu'il faut donner l'expression littérale. Attention aux unités et aux chiffres significatifs. Mettre la longueur en m et le temps en s.
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Solution rédigée
1. En abscisse, se trouve le temps ; en ordonnée, l'amplitude des
sons, liée à leur intensité.
2. Le décalage est dû aux écarts de vitesses de propagation.
3. On lit \Delta t_{1}= 115 \mu s pour le tube 1 et \Delta t_{2}=123 \mu s pour le tube 2.
4. v_{\text{us}}=\dfrac{L}{\Delta t} ce qui donne v_{\mathrm{us} 1}=\dfrac{L}{\Delta t_{1}}=\dfrac{4\text{,}0 \times 10^{-2}}{115 \times 10^{-6}}=3\text{,}5 \times 10^{2} m⋅s-1
et v_{\text{us2}}=\dfrac{L}{\Delta t_{2}}=\dfrac{4\text{,}0 \times 10^{-2}}{123 \times 10^{-6}}=3\text{,}3 \times 10^{2} m⋅s‑1
La vitesse du son dans l'air dépend bien de la température.
2. Le décalage est dû aux écarts de vitesses de propagation.
3. On lit \Delta t_{1}= 115 \mu s pour le tube 1 et \Delta t_{2}=123 \mu s pour le tube 2.
4. v_{\text{us}}=\dfrac{L}{\Delta t} ce qui donne v_{\mathrm{us} 1}=\dfrac{L}{\Delta t_{1}}=\dfrac{4\text{,}0 \times 10^{-2}}{115 \times 10^{-6}}=3\text{,}5 \times 10^{2} m⋅s-1
et v_{\text{us2}}=\dfrac{L}{\Delta t_{2}}=\dfrac{4\text{,}0 \times 10^{-2}}{123 \times 10^{-6}}=3\text{,}3 \times 10^{2} m⋅s‑1
La vitesse du son dans l'air dépend bien de la température.
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18Mise en application
Lors de travaux, on donne un coup de marteau sur une extrémité d'un rail en acier de d= 20 m.◆ Calculer la durée nécessaire au son pour atteindre l'autre extrémité du rail, dans l'air puis dans le rail.
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