Transcript DST n°1 - Terminale S

Terminale S
29/09/2014
Sciences Physiques – Devoir sur table n°1
 Durée : 1 heure 30 min
 Calculatrice autorisée – Documents personnels interdits.
 La présentation et la clarté des réponses entreront en compte dans l’appréciation de la copie.
 Rendre l’énoncé complet avec la copie.
Exercice n°1 : Observation de la voie lactée en multi-longueur d’onde
(6 points)
Selon la longueur d'onde d'observation, notre galaxie (la Voie Lactée) se présente sous différents aspects : chaque
longueur d'onde apporte des informations complémentaires sur sa structure.
1. (2 pt) Que peut-on apprendre sur la nature du rayonnement radio, du rayonnement infrarouge (lointain et
proche), et du rayonnement visible (« optical »), du rayonnement X et du rayonnement Gamma ?
2. (1 pt) Pourquoi le cliché en rayonnement visible montre-t-il notre galaxie comme un ensemble opaque ?
Que peut-on en déduire par rapport à sa composition ?
3. (1 pt) Les rayonnements radio et les rayonnements X / Gamma sont-ils absorbés de la même façon par
l’atmosphère terrestre ? Que faut-il faire alors pour les détecter ?
4. (1 pt) Compléter, sur la feuille, les domaines manquants du spectre électromagnétique suivant :
Quelle est la grandeur de l’axe en abscisse ? Quelle est sa signification ?
5. (1 pt) Comment évolue l’énergie des ondes électromagnétiques avec leur fréquence ? Justifier. Ont-elles
toutes la même célérité ?
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Exercice n°2 : Activité sismique en France
(10 points)
Document 1
Le 23 février 2008, un séisme de magnitude M = 5,0 s'est produit à Roulans (dans le département du
Doubs), à 20 km au nord-est de Besançon. Ce séisme a été ressenti très largement en dehors du Doubs dans
tout l'est de la France, en Suisse et dans le nord-ouest de l'Allemagne, sans faire de victimes ni de dégâts
significatifs.
Lors d'un séisme, des ondes traversent la Terre. Elles se succèdent et se superposent sur les enregistrements
des sismomètres. Leur vitesse de propagation et leur amplitude sont modifiées par les structures géologiques
traversées. C'est pourquoi les signaux enregistrés sont la combinaison d'effets liés à la source, aux milieux
traversés et aux instruments de mesure.
Parmi les ondes sismiques, on distingue :
- les ondes P ou ondes primaires, qui sont des ondes de compression ou ondes longitudinales ; leur célérité
vp vaut en moyenne vp = 6,0 km.s-1
- les ondes S ou ondes secondaires, appelées également ondes de cisaillement ou ondes transversales ; leur
célérité vs vaut en moyenne vs = 3,5 km.s –1.
Document 2
La magnitude d’un séisme mesurée sur l’échelle de Richter est une fonction logarithmique de l’énergie
libérée. Elle caractérise le séisme sans dépendre du lieu où s’effectue la mesure.
Elle se traduit par la relation suivante pour les magnitudes de deux séismes :
E 
2
M 2  M1  log  2 
3
 E1 
Document 3
L'écart entre les dates d'arrivée des ondes P et S renseigne, connaissant la célérité des ondes, sur
l'éloignement du lieu où le séisme s'est produit.
Le document 1 présente un extrait de sismogramme relevé dans une station d'enregistrement après le
séisme du 23 février de Roulans.
On notera t0 la date correspondant au début du séisme, date à laquelle les ondes P et S sont générées
simultanément.
Extrait de sismogramme relevé après le séisme du 23 février de Roulans
1. (2 pt) Dans le document 1, on parle « d’ondes transversales » et « d’ondes longitudinales ». Définir ce
qu’est une onde progressive, puis distinguer chaque terme souligné.
2. (1 pt) En utilisant des informations du Document 1, associer à chaque train d’ondes observé sur le
sismographe du Document 3, le type d'ondes détectées (ondes S ou ondes P). Justifier.
3. (1 pt) Relever sur ce document les dates d'arrivée des ondes S et P à la station d'enregistrement notées
respectivement ts et tp.
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4. (1 pt) Soit d la distance qui sépare la station d'enregistrement du lieu où le séisme s'est produit.
Exprimer la célérité notée vS des ondes S en fonction de la distance d parcourue et des dates ts et t0.
Faire de même pour les ondes P avec les dates tp et t0.
d
5. (1 pt) Retrouver l'expression de la distance d :
vS .vP
 tS  t P 
v P  vS
6. (1 pt) En déduire la valeur numérique de cette distance d.
7. (1 pt) La magnitude sur l’échelle de Richter du séisme qui a touché le Japon en mars 2011 a été évaluée à
9,0. Quel est le rapport des énergies libérées entre le séisme qui a touché le Japon et celui de Roulans ?
Donnée : y = log x  x = 10 y
8. (2 pt) Lors de certains séismes, on peut même enregistrer le son provoqué par les vibrations de la croûte.
Durant le séisme de magnitude 9 qui a frappé le Japon, des chercheurs espagnols ont pu enregistrer des
niveaux sonores allant de 100 à 140 dB. Quel est l’écart d’intensité entre les sons plus faibles et les sons les
plus forts ?
Exercice n°3 : La houle
(4 points)
En océanographie, les ondes de surface se matérialisent par une déformation de l'interface entre l'océan et
l'atmosphère. Les particules d'eau mises en mouvement au passage d'une onde se déplacent avec un petit
mouvement qui leur est propre, mais restent en moyenne à la même position.
La houle est formée par le vent : c'est un phénomène périodique, se présentant sous l'aspect de vagues parallèles
avec une longueur d'onde λ de l'ordre de 100m au large, où la profondeur moyenne de l'océan est d'environ 4000m.
On peut classer les ondes de surface, en fonction de leurs caractéristiques et de celles du milieu de propagation, en
"ondes courtes" et en "ondes longues".
 Ondes courtes :
Lorsque la longueur d'onde λ est faible par rapport à la profondeur locale h de l'océan (au moins  
célérité v est définie par : v 
h
). Leur
2
g
2
 Ondes longues :
Lorsque la longueur d'onde λ est très grande par rapport à la profondeur h de l'océan (pour λ > 10h), les ondes
sont appelées ondes longues. Leur célérité v est définie par : v  gh
g est la valeur du champ de pesanteur terrestre (on prendra g = 10 m.s–2).
1. (1 pt) Montrer que l’expression
gh est bien homogène à une vitesse (s’exprime en m.s-1).
2. (1,5 pt) Au large (avec h1 = 4000 m), la houle est-elle classée en ondes courtes ou longues ? Évaluer la
célérité v1 d'une houle de longueur d'onde λ1 = 80 m, ainsi que la période T de ses vagues.
3. (1,5 pt) En arrivant près d'une côte sablonneuse (profondeur d'eau h2 = 3,0 m), la longueur d'onde de la
houle devient très grande par rapport à la profondeur. Evaluer alors sa nouvelle célérité v2, ainsi que sa
nouvelle longueur d'onde λ2.
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