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Physique-Chimie 1re

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Exercices




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26
Un bain énergétique

APP : Formuler le résultat attendu

Claudia va se baigner dans un lac près de chez elle. Elle se trouve dans l’eau à d=d = 8,5 m du bord.

Un bain énergétique


1. Un bateau passe à grande vitesse et crée une perturbation à la surface de l’eau, à l’origine d’une onde. La vague soulève Claudia d’une hauteur h=h = 68 cm. Calculer l’énergie potentielle de pesanteur gagnée par Claudia, de masse m=m = 63 kg en prenant comme référence la surface de l’eau.


2. Quelle est l’origine de cette énergie ?


3. L’a-t-elle gagnée définitivement ?


4. Elle compte Δt=\Delta t= 6,9 s pour que la vague qui vient de le soulever atteigne le bord du lac. Calculer la célérité de la vague.
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29
Télémètre à compteur d’impulsions

RAI/ANA : Utiliser des mesures pour répondre à une problématique

Télémètre à compteur d’impulsions


Un télémètre permet de mesurer la distance entre l’appareil et un obstacle (un mur par exemple). Un modèle particulier utilise un « compteur de périodes » : il comporte un émetteur d’ultrasons sinusoïdaux de fréquence f=f = 40 kHz et juste à côté, un récepteur. Lorsque ce dernier reçoit un écho renvoyé par un éventuel obstacle, l’appareil stoppe l’émission du signal et déclenche le décompte de périodes reçues à partir de cet instant. Pour mesurer la largeur d’une pièce d’appartement, l’appareil détecte N=N = 826 périodes.

1. Calculer la longueur d’onde des ultrasons produits par l’appareil.


2. Combien de longueurs d’onde ont parcouru les ultrasons pendant la durée écoulée correspondant aux NN périodes ? On pourra s’appuyer sur un schéma.
Couleurs
Formes
Dessinez ici


3. En déduire la distance parcourue par l’onde.


4. En déduire la distance entre l’appareil et le mur.


Donnée

  • Célérité du son dans l’air : vair=v_{\text {air}}= 340 m·s-1.
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30
Copie d'élève à commenter

Proposer une justification pour chaque erreur relevée par le correcteur.

1. La vague parcourt 2222 m en 4,84\text{,}8 s. Sa célérité vaut donc v=dΔt=224,8=4,58v=\dfrac{d}{\Delta t}=\dfrac{22}{4\text{,}8}= \xcancel{4\text{,}58} s.

2. L’onde sonore périodique sinusoïdale créée par le diapason, dans l’air (v=340v = 340 m·s-1), a pour période T=72\xcancel{T = 72} cm . Sa fréquence vaut donc :

f=vT=34072=4,72f=\xcancel{\dfrac{v}{T}}=\dfrac{340}{\xcancel{72}}=4\text{,}72 Hz.


3. Cette onde sonore est une onde progressive parce qu’elle part d’un point A pour aller vers un point B. Elle est périodique parce qu’elle revient à son point de départ ensuite.

4. Une onde sinusoïdale est toujours périodique, et de la même façon une onde périodique est forcément sinusoïdale.
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25
La corde de Melde

RAI/ANA : Utiliser des mesures pour répondre à une problématique

Le dispositif est constitué d’une corde tendue à l'aide d'une masse M à l’extrémité de laquelle est attachée une lame métallique, qui vibre à l’aide d’un vibreur de Melde. Ce vibreur est constitué d’un électroaimant alimenté par une tension sinusoïdale de fréquence f=f = 100 Hz. La lame fait un aller-retour à chaque période de l’électroaimant.

La corde de Melde


1. Calculer la période de la vibration de la lame.


2. L’onde créée sur la corde est sinusoïdale. On détermine, à l’aide d’un stroboscope, une longueur d’onde λ=\lambda = 28 cm. Calculer la célérité de l’onde dans la corde.


3. On entend un son grave lorsque l’on réalise l’expérience. Expliquer pourquoi.
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27
Ondes mécaniques en QCM

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

1. La célérité d’une onde s’exprime en :




2. La longueur d’onde d’une onde sinusoïdale :




3. L’onde sonore est une onde de pression. Cela signifie que :




4. Si on absorbe l’énergie d’une onde :




5. La double périodicité fait référence à :




6. Le retard :




7. Une onde est mécanique :




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24
Une gouttière percée

VAL : Chiffres significatifs

Gouttes de pluie tombant sur une flaque


Un jour de pluie, une flaque s’est formée au pied de l’immeuble. La gouttière qui se trouve au-dessus est percée. Des gouttes tombent régulièrement de la gouttière, à raison de 72 gouttes par minute. À chaque fois une petite vague circulaire est créée. Son diamètre grandit. Entre deux vagues successives on mesure une distance d=d = 20 cm.

1. Une onde mécanique progressive périodique est créée. Justifier chaque terme en caractères gras.


2. Calculer la fréquence de l’onde en hertz.


3. En déduire sa période en seconde.


4. Quelle distance a parcouru une vague avant que la suivante prenne naissance ?


5. Quelle durée s’est alors écoulée ?


6. En déduire la célérité de l’onde.
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Comprendre les attendus

28
La corde de guitare

APP : Extraire l’information utile sur des supports variés

Une guitariste


La célérité vv de l’onde le long d’une corde tendue dépend de sa tension TT (exprimée en N) et de sa masse par unité de longueur μ\mu (appelée masse linéique, en kg·m-1). Le lien entre ces grandeurs s'exprime par la relation : v=Tμ.v=\sqrt{\dfrac{T}{\mu}}.

1. Calculer la masse linéique d’une corde de guitare de longueur L=L = 85 cm, et de masse m=m = 0,52 g.


2. Calculer la célérité de l’onde qui se propage quand on pince la corde, sachant que la tension est de 102 N.


3. L’enregistrement du son émis par cette corde donne la courbe ci-dessous. Déterminer la période puis la fréquence de l’onde sonore.


Enregistremetnt du son émis par une corde de guitare


4. Augmenter la tension d’une corde, les autres paramètres restant inchangés, augmente la fréquence du son. Faut-il tendre ou détendre la corde pour obtenir un son de fréquence 300 Hz ?


Détails du barème
TOTAL /7 pts

1 + 0,5 pt
1. Exploiter l’unité de la masse linéique pour trouver formule et unités.
1 + 0,5 p
1. Application numérique : exprimer le résultat avec deux chiffres significatifs.
1 + 0,5 p
2. Application numérique de la formule : exprimer le résultat avec deux chiffres significatifs.
1 + 0,5 p
3. Faire la lecture graphique de la période et calcul de la fréquence.
1 pt
4. Exploiter qualitativement la formule.
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