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Ch 2 Exercices : Caractéristiques des ondes
Ex 1 :
1. A et B
2. A
Ex2 :
1. C 2. A et B
Ex3 :
1. B
2. A
3. A
4. C
3. A
4. C
Ex 7 : Déterminer une vitesse de propagation
1. D’après le graphique, la perturbation atteint le point A à la date tA = 0,20 s (début de la perturbation).
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2. D’après le graphique, le point A est en mouvement pendant une durée Δt = 0,25-0,20 = 0,05 s.
3. Calcule de la célérité v de la perturbation.
La perturbation à parcourue d = 1,50 m (position du point A) pendant la durée tA = 0,20 s. La célérité de la
perturbation est donc :
v = d/tA
AN :
d = 1,50 m
tA = 0,20 s
v = 7,5 m·s–1.
Application immédiate
Ex 8 : Reconnaître l’allure d’une onde
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Dans l’exercice n° 7 on observe graphiquement le déplacement vertical d’un point de la corde (le point A)
en fonction du temps. Maintenant on demande l’allure de la corde dans le plan x,y (une photographie de la
corde) à la date t = 0,20s.
D’après la question 1 de l’exercice 7, on sait qu’à la date t = 0,20s, le front de l’onde atteint le point A situé
à 1,50 m. La perturbation se déplaçant avec les abscisses croissants, la courbe du graphique b. ne peut
pas convenir.
D’après la question 1 de l’exercice 7, on voit aussi que le point A de la corde monte moins rapidement qu’il
ne descend. Le front d’onde croit donc moins vite qu’il ne décroit. Donc entre les figures a. et c. c’est la
figure c. qui correspond à l’allure de la perturbation.
Ex 11 : Exploiter une expérience
1. Schématiser l’expérience
oscilloscoppe
Micro 1
Micro 2
2. Les deux signaux ont la même
période, sont en phase mais n’ont pas la même
amplitude.
3. Les microphones ne sont pas à la même distance du haut-parleur, car les signaux ont des
amplitudes différentes.
Ex n° 13 : Reconnaître une représentation graphique
1.
La forme générale d’une équation sinusoïdale est de la forme :
(
Avec A : Amplitude du signal
T : Période du signale
: Phase à l’origine
Par identification on trouve :
a. La période du signale T = 4 ms;
b. L’amplitude du signal Umax = 200
c. Phase à l’origine
mV
et
= 0 rad.
2. La représentation a correspond à l’équation.
Ex n° 20 : Où se trouve la baleine?
Le temps mis par le son pour atteindre le capteur sous l’eau est :
Le temps mis par le son pour atteindre le capteur dans l’air est
et t2– t1= Δt.
Donc
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AN :
V1 = 1480 m.s-1
V2 = 340 m.s-1
Δt = 6,71 s
d = 2,96x103 m
1
Ex n° 21 : Le son du diapason
1. La longueur d’onde est égale au rapport entre la vitesse et la fréquence du son:
AN : v = 340 m.s-1
f = 880 Hz
= 0,386 m.
2. Durée pour être perçue par la personne.
AN :
d = 10 m
vair = 340 m.s-1
t = 29 ms
3. Niveau d’intensité sonore perçue L
)
AN : I = 1,0x10-10 W.m-2
I0 = 1,0x10-12 W.m-2
L = 20 dB
4. Niveau d’intensité sonore perçue L avec 3 diapasons
L’intensité sonore reçue par cette personne sera de I’ = 3xI = 3,0 × 10–10 W·m–2.
Le niveau sonore sera donc :
)
-10
-2
AN : I = 1,0x10 W.m
I0 = 1,0x10-12 W.m-2
L = 25 dB
Ex n° 23 : La propagation d’une onde
1. En mesurant la distance entre un grand nombre de lignes de crêtes consécutives, on augmente la
distance de mesure donc on diminue les imprécisions.
2. Longueur d’onde
La longueur d’onde est la distance entre deux franges sombres ou 2 crêtes consécutives. On mesure la
distance entre n = 9 lignes de crêtes consécutives est de d = 8,1 cm, la longueur d’onde est donc de
AN :
n=8
d = 8,1 cm
= 1,0 cm
3. La célérité de l’onde est le produit de la fréquence par la longueur d’onde :
v =fx
AN :
n=8
d = 8,1 cm
f = 25 Hz
v = 0,25 m.s-1
4. a. Valeur de la longueur d’onde sur le graphique
D’après le graphique la longueur d’onde, qui est la distance entre deux minimum est de
b. D’après le graphique l’amplitude est voisine de 0,4
= 1,0 cm.
cm (la lecture n’est pas très précise).
5. Représentation de la surface de l’eau
a. Si on prend l’origine des date à la première impulsion sur la surface de l’eau, alors, au bout de t = 0,04 s,
le front de l’onde a parcouru une distance de dA = vxt. Soit aussi une distance de dA = 0,9 cm (soit une
longueur d’onde). On doit donc voir une seule longueur d’onde sur la surface de l’eau.
b. Avec le même raisonnement qu’au a. On doit voir sur la surface de l’eau Une
demie.
longueur d’onde et
Ex n° 29 : Accorder une guitare avec un diapason
1. La fréquence du fondamental correspond au premier pic. Donc, le fondamentale de la note émise a
une fréquence de 107 Hz et les autres harmoniques ont pour fréquences 214 Hz, 321 Hz et
428 Hz.
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2. Le son pur du diapason a une seule
fréquence de 440 Hz (son fondamental).
3. On peut voir sur le premier schéma que l’amplitude de la tension enregistrée n’est pas
constante dans le temps. Ces variations sont à l’origine des battements que l’on peut entendre.
4. La fréquence de la note émise par la guitare est de 107
corde n’est pas accordée.
Hz alors qu’elle devrait être de 110 Hz. La
5. La fréquence du fondamental est maintenant de 110 Hz, les autres harmoniques ont pour fréquences
220 Hz, 330 Hz et 440 Hz. Donc l’harmonique à 440 Hz se super- pose avec l’unique
fréquence du diapason (son fondamental).
6. La corde est accordée. La 4éme harmonique de la guitare est maintenant de 440 Hz. La fréquence de
cette harmonique étant multiple de celle de son fondamentale, cette dernière est bien, maintenant, de 110
Hz. La guitare émet donc un son à 110 Hz.