Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

I. Les ondes sonores  Membre d’un groupe de rock et très intéressé par la natu

I. Les ondes sonores  Membre d’un groupe de rock et très intéressé par la nature et la propagation du son, Julien réalise les observations suivantes :  Observation 1 : Aucun signal sonore ne nous parvient du Soleil alors qu’il s’y déroule en permanence de gigantesques explosions.  Observation 2 : Une bougie est placée devant un haut-parleur qui émet un son très grave. On constate que la flamme se rapproche et s’éloigne alternativement de la membrane du haut-parleur mais qu’elle n’oscille pas dans la direction perpendiculaire. 1. Préliminaires 1.1. Définir de la manière la plus complète possible une onde mécanique progressive. 1.2. Compléter les cases blanches du tableau de l’annexe à rendre avec la copie avec les expressions suivantes : Onde sonore, onde le long d’une corde, onde lors de la compression - dilatation d’un ressort, onde à la surface de l’eau 2. Célérité de l’onde sonore : première méthode  Trois microphones M1, M2 et M3 sont alignés de telle manière que les distances M1M2 et M2M3 valent respectivement 2,00 m et 3,00 m. Les signaux électriques correspondant aux sons reçus par les microphones sont enregistrés grâce à un ordinateur. Julien donne un coup de cymbale devant le premier micro M1 puis lance immédiatement l’enregistrement. La température de la pièce est de 18°C.  Les courbes obtenues sont représentées ci-après. Tension U (V) Microphone M1 t (s) Tension U (V) Microphone M3 t (s) Microphone M2 t (s) Tension U (V) 2.1. Comment peut-on déterminer la célérité v de l’onde sonore à l’aide des courbes obtenues ? 2.2. Effectuer le calcul de la célérité de l’onde sonore pour la distance M1M2 puis pour la distance M2M3. 2.3. Les résultats obtenus sont-ils cohérents ? 3. Célérité de l’onde : seconde méthode  Julien dispose maintenant les deux microphones M1 et M2 à la même distance d d’un diapason. Il obtient les courbes représentées ci-dessous. On remarque que les signaux sont en phase. 3.1. Déterminer la période T puis la fréquence f du son émis par le diapason.  Julien éloigne le microphone M2 peu à peu jusqu’à ce que les courbes soient de nouveau en phase. Il réitère l’opération jusqu’à compter cinq positions pour lesquelles les courbes sont à nouveau en phase. La distance D entre les deux microphones est alors égale à 3,86 m. 3.2. Pourquoi compte-t-on plusieurs retours de phase plutôt qu’un seul ? 3.3. Définir la longueur d’onde . Déduire sa valeur numérique de l’expérience précédente. 3.4. Calculer alors la célérité v de l’onde. 3.5. D’après les résultats expérimentaux obtenus aux questions 3.4. et 2.2, le milieu de propagation des ondes sonores est-il dispersif ? Microphone M1 Microphone M2 t (ms) t (ms) 4. Autre propriété des ondes sonores.  Lors d’un concert donné par Julien dans une salle, des amis arrivés un peu retard s’étonnent d’entendre de la musique alors qu’ils sont encore dans le hall et donc séparés de la scène par un mur très bien isolé phoniquement. Ils remarquent cependant que la porte, d’une largeur de 1,00 m, est ouverte. La situation est représentée sur le schéma ci-dessous. 4.1. Quel phénomène physique permet d’expliquer l’observation faite par les amis de Julien ? 4.2. Les amis de Julien ont-ils entendu préférentiellement dans le hall des sons graves (f = 100 Hz) ou des sons très aigus (f = 10000 Hz) ? Justifier la réponse en calculant les longueurs d’onde correspondantes. Annexe Les ondes sonores Question 1.2 Ondes à une dimension Ondes à deux dimensions Ondes à trois dimensions Ondes longitudinales Ondes transversales Correction Les ondes sonores Préliminaires On appelle onde mécanique progressive, le phénomène de propagation d’une perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière. Ondes à une dimension Ondes à deux dimensions Ondes à trois dimensions Ondes longitudinales Onde lors de la compression- dilatation d’un ressort Onde sonore Ondes transversales Onde le long d’une corde Onde à la surface de l’eau Célérité de l’onde sonore : première méthode Les courbes montrent que les micros 2 et 3 captent le son de la cymbale avec du retard par rapport au micro 1. Plus le micro est loin de la cymbale, plus le son atteint le micro tardivement. v = d  où v est la célérité, d la distance entre les deux micros considérés et  le retard de perception du son entre les 2 micros. v = M1M2  = M1M2 t2 -t1 or 10 cm  0,020 s ; pour 3,0 cm   = 3  0,020 10 = 0,0060 s v = 2,00 0,0060 = 333 m.s-1  3,3  102 = 330 m.s-1 (2 chiffres significatifs car t est donné avec 2 chiffres significatifs) v’ = M2M3  = M2M3 t3 -t2 or 10 cm  0,020 s ; pour 4,5 cm   = 4,5  0,020 10 = 0,0090 s v’ = 3,00 0,0090  330 m.s-1 Les résultats obtenus cohérents car les valeurs sont égales. Célérité de l’onde : seconde méthode Pour plus de précisions, il faut mesurer plusieurs périodes. Ici, 4 périodes sont mesurables. 4T  8,0 cm or 10 ms  8,8 cm d’où 4T = 8,0  10 8,8 soit T = 8,0  10 8,8  4 = 2,27 ms  2,3 ms = 2,3  10-3 s f = 1 T ; f = 1 (2,3  10-3) = 435 Hz (440 Hz avec la valeur non arrondie de T) Pour plusieurs retours de phase, la distance mesurée est plus grande, alors l’erreur relative sur la mesure de la distance est plus faible. La longueur d’onde est la plus faible distance entre deux points dans le même état vibratoire. D = 5   soit  = D 5 ;  = 3,86 5 = 0,772 m  = v  T soit v =  T ; v = 0,772 2,3  10-3 = 336 m.s-1  3,4  102 m.s-1 On trouve des valeurs de la célérité du son très proches, pourtant le sons étudiés (diapason (3.4) et cymbale (2.2)) n’ont pas les mêmes fréquences. Le milieu n’est pas dispersif pour les ondes sonores. Autre propriété des ondes sonores. Le son émis par le haut-parleur est diffracté par l’ouverture qu’est la porte. La diffraction permet d’expliquer l’observation des amis de Julien.  = v f en considérant que la célérité du son dans l’air vaut 340 m.s-1. Sons graves : 1 = 340 100 = 3,40 m ; Sons aigus : 2 = 340 10000 = 3,4010-2 m = 3,40 cm Le phénomène de diffraction est d’autant plus marqué que la longueur d’onde  est du même ordre de grandeur de la taille de l’ouverture. La porte de largeur 1,00 m diffracte mieux les sons graves, qui sont ainsi mieux perçus par les amis de Julien. uploads/Geographie/ serie-d-x27-exercices-n04-avec-correction-sciences-physiques-revision-bac-sciences-exp-2019-2020-mr-amine-touati.pdf