Exercice N° 1

Bac Blanc

décembre 2004 :

Énoncé

Correction

Les Ondes en folie

 

 

 

 

Énoncé

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 passage 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 a 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 λ 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 :