Exercice N° 1

Bac Blanc décembre 2004 :

Les Ondes en folie

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Exercice 1 : Les Ondes en folie. ( 4 points)

 

Aux différentes questions posées, répondre par vrai ou faux et justifier chaque fois

la réponse.

  1. Une onde progressive :

1.1. Se propage avec un déplacement de matière.

1.2. Transporte de l’énergie.

1.3. Est toujours à une dimension.

2. Les ondes sonores :

2.1. Sont des ondes transversales.

2.2. Se propagent dans le vide.

2.3. C’est l’air qui se déplace pour permettre la transmission de l’onde.

2.4. Leur célérité est fonction entre autres de la température.

3. Un vibreur frappe la surface de l’eau dans une cuve à ondes.

Il apparaît alors des rides circulaires à la surface de l’eau.

3.1. Les ondes produites sont transversales.

3.2. La période temporelle de l’onde est différente de celle du vibreur.

3.3. La longueur d’onde est égale à la distance entre deux crêtes consécutives.

3.4. Si on positionne un deuxième vibreur proche du premier, les deux ondes vont

se croiser en se perturbant.

4. La relation entre la périodicité spatiale et temporelle est donnée par la relation :

a)-  

b)- 

c)-

d)-

5. Les affirmations suivantes sont-elles correctes, erronées ou incomplètes ?

5.1. Dès qu’une onde rencontre un obstacle, il y a diffraction.

5.2. L’air est un milieu dispersif comme l’eau.

5.3. Lorsqu’une onde est diffractée, sa longueur d’onde par la suite est modifiée.

5.4. La longueur d’onde dans un milieu dépend de l’indice du milieu.

6. Un faisceau laser de longueur d’onde λ arrive sur une fente verticale de

largeur a de l’ordre du micromètre.

6.1. On observe sur l’écran situé à la distance D, une figure de diffraction verticale.

6.2. L’écart angulaire a pour valeur :  avec θ en degré.

6.3. La largeur de la tache centrale d vaut :

 

Correction : 

 

1.       onde progressive.

1.1.     Faux

Une onde progressive se déplace sans déplacement de matière ; c’est la perturbation qui se propage, la déformation du milieu matériel qui se propage. Le milieu matériel reprend sa position initiale après le massage de l’onde. Le milieu matériel subit une déformation temporaire élastique.

1.2.     Vrai

Pour déformer le milieu matériel, il faut de l’énergie. Une onde est de l’énergie en mouvement.  Une onde transporte de l’énergie.

1.3.     Faux

Une onde peut être à une dimension, deux dimensions ou trois dimensions. Cela dépend du milieu matériel. La corde est un milieu à une dimension. La surface de l’eau est un milieu à deux dimensions et un volume d’air est un milieu à trois dimensions.

2.       Les ondes sonores.

2.1.     Faux

 Les ondes sonores sont des ondes longitudinales ; c’est une variation de pression qui se propage. Il y a compression et dilatation des couches d’air. Le déplacement temporaire de la perturbation se fait dans la direction de propagation de l’onde.

2.2.     Faux

 Les ondes sonores sont des ondes mécaniques. Les ondes mécaniques ont besoin d’un milieu matériel pour se propager. Une onde mécanique est la propagation d’une déformation du milieu matériel.

2.3.     Faux

Une onde sonore est la propagation d’une perturbation (compression détente) sans transport de matière. Voir la question 1.1.

2.4.     Vrai

La célérité d’une onde sonore dépend de la température du milieu matériel. Quand la température augmente, la célérité de l’onde sonore augmente.

3.       Vibreur à la surface de l’eau.

3.1.     Vrai.

Le mouvement temporaire de la perturbation à lieu perpendiculairement à la direction de propagation de l’onde. C’est pour cela que l’onde parle d’une ride circulaire.

3.2.     Faux

 C’est le vibreur qui impose  la période temporelle de l’onde.

3.3.     Vrai

La longueur d’onde ou périodicité spatiale est la plus petite distance séparant deux points du milieu qui sont dans le même état vibratoire ( on dit aussi qu’ils vibrent en phase : ici deux crêtes consécutives).

3.4.     Faux

Lorsque les deux ondes se croisent, elles se superposent puis retrouvent leur forme initiale sans être perturbées.

4.       Relation  entre périodicité spatiale et temporelle.

4.1.     Vrai

 b)- et c)- car :

La longueur d’onde est la distance parcourue par l’onde en une période.

5.       affirmations.

5.1.     Affirmation  incomplète :

Il faut préciser la dimension de l’obstacle par rapport à celle de la longueur d’onde. Il y a diffraction si la dimension de l’obstacle est du même ordre de grandeur que λ.

5.2.     Affirmation erronée :

L’air n’est pas un milieu dispersif comme l’eau. La célérité d’une onde dans l’air ne dépend pas de sa fréquence.

5.3.     Affirmation erronée :

Le phénomène de diffraction ne modifie pas la longueur d’onde l mais la forme de l’onde

5.4.     Affirmation correcte :

La longueur d’onde dépend de l’indice du milieu de propagation alors que la fréquence non :

6.       Faisceau Laser

6.1.     Faux

Si la fente est verticale, on observe sur l’écran une figure de diffraction horizontale.

6.2.     Faux

Écart angulaire θ ne s’exprime pas en degré mais en radian. Dans ce cas la formule est bonne.

6.3.     Vrai

C’est vrai  pour la première relation si d << D  : 

 Pour les petits angles :