Transcript TD Ondes et Changements de Milieux

PACES – UE 3 – Physique
Travaux Dirigés 2014–15
Université Paris Diderot
TD Ondes et Changements de Milieux
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A la pêche au Cap Nord
Pour estimer la profondeur des eaux et des poissons, les bateaux
de pêche sont équipés d’un sonar (acronyme de sound navigation and ranging). Celui-ci est plongé dans l’eau et émet des
ondes acoustiques isotropes de fréquence f = 200 kHz et de
puissance P0 = 125 W. L’eau de mer a une masse volumique
de fl = 103 kg m≠3 , et propage les ondes sonores à la vitesse
c = 1500 m s≠1 .
On considère différentes cibles situées à une distance L du bateau ou du sous-marin. La cible A est un poisson de surface
SA = 0, 03 m2 , de masse volumique flA =1,1.103 kg m≠3 .
La cible B est un banc composé de 1000 de ces mêmes poissons. La cible C est une épave en acier de
surface SC = 500 m2 et de masse volumique flC =8,1.103 kg m≠3 . La cible D est un iceberg de surface
SD = 5000 m2 et de masse volumique flD = 900 kg m≠3 . Les vitesses des ondes sonores dans différents
milieux valent cA = cD = 3200 m s≠1 dans le poisson et la glace et cC = 5700 m s≠1 dans l’acier. On
néglige l’absorption dans tous les milieux.
1. Calculer l’intensité reçue au niveau des différentes cibles.
2. Calculer les coefficients de réflexion R des ondes sur les différentes cibles.
3. Exprimer la puissance réfléchie pour chacune des cibles.
4. On mesure une durée t =0,133 s entre l’émission de l’onde par le sonar et la réception de
l’écho. Calculer la distance L et les puissances réfléchies par les différentes cibles.
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Alerte au poulpe géant !
Deux amis partent faire une balade en bateau afin d’explorer les fonds marins. Paul est resté sur le bateau et voit
un poulpe géant arriver à grande vitesse vers son ami qui
est dans l’eau ! Paul crie afin de prévenir son ami. Va-t-il
y parvenir ? On mesure une intensité sonore isotrope I0 =
10≠4 W/m2 à la distance D0 = 1 m de Paul. On donne les
masses volumiques de l’air, flair = 1, 2 kg/m3 , et de l’eau de
mer, flmer = 1025 kg/m3 , ainsi que les vitesses du son dans
l’air, cair = 340 m/s, et dans l’eau de mer, cmer = 1550 m/s.
Le coefficient d’atténuation du niveau sonore dans l’air vaut
A = 0, 01 dB/m.
1. Calculer les impédances acoustiques de l’air et de l’eau de mer.
2. Calculer le niveau sonore L1 à la surface de l’eau, juste au-dessus du plongeur, à une distance
D1 = 2 m de Paul.
3. Calculer le niveau sonore L2 perçu par le plongeur immergé juste sous la surface de l’eau. Est-il
audible ?
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PACES – UE 3 – Physique
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Travaux Dirigés 2014–15
Université Paris Diderot
Écoute du fœtus
Air
On cherche à déterminer la perception du monde sonore extérieur d’un fœtus. On considère une onde sonore d’intensité
I1 qui arrive sur le ventre de la mère. Pour être transmise au
fœtus, cette onde doit traverser une couche de graisse, une
couche de muscle et le liquide amniotique. Dans la suite, on
négligera l’absorption des ondes sonores par les milieux traversés, ainsi que les réflexions multiples.
Données :
Graisse
Muscle
Liquide amniotique
Foetus
Organe
Liquide
Air
Graisse
Muscle
Liquide amniotique
Masse volumique
(kg.m≠3 )
1,2
900
1200
1000
Vitesse du son
(m/s)
340
1530
1490
1540
1. Calculer les impédances de l’air, de la graisse, du muscle et du liquide amniotique.
2. Calculer les rapports de transmission Tair/graisse , Tgraisse/muscle et Tmuscle/liq.amn. .
3. On veut déterminer quelle fraction de I1 parvient directement au fœtus. Calculer le rapport
d’intensité transmise T1 = Ireçue /I1 .
4. On veut maintenant déterminer quelle fraction du bruit produit par les organes le fœtus perçoit.
On considère un organe qui émet une intensité I2 . Déterminer la fraction reçue par le fœtus
T2 = Ireçue /I2 .
5. Commenter
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