Phys. N° 02

Les ondes périodiques

 progressives :

Exercices.

Correction.

 

   

 

Recherche GoogleMoteur de recherche sur les différents sites
 
 

Programme 2012 :

Propriétés des Ondes

Carcatéristiques des Ondes.

Programme 2012 : Physique et Chimie

I -Exercice 9 page 62.

II - Exercice 13 page 63.

III - Exercice 19 page 64.

IV - Exercice 26 page 65.

V - Exercice 27 page 65.

 

QCM N° 01 et N° 02
Ondes mécaniques
Sous forme de tableau

QCM N° 02
Caractéristiques des ondes
Sous forme de tableau
QCM N° 03
Propriétés des ondes
Sous forme de tableau

Pour aller plus loin : 

Mots clés : longueur d'onde, période, fréquence, célérité, dispersion, diffraction, ...

 

Google

I- Exercice 9 page 62.

À l’aide d’un microphone, on visualise sur la voie A d’un oscilloscope le son émis par un instrument de musique.

On obtient la courbe ci-dessous.

Les réglages de l’oscilloscope sont :

-  Sensibilité de la voie A : 100 mV / div ;

-  Sensibilité de la voie B : 100 mV / div ;

-  Balayage : 0,5 ms / div.

Déterminer la période et la longueur d’onde sachant que la célérité du son est 340 m / s.

 

À l’aide d’un microphone, on visualise sur la voie A d’un oscilloscope le son émis par un instrument de musique.

On obtient la courbe ci-dessous.

Les réglages de l’oscilloscope sont :

-  Sensibilité de la voie A : 100 mV / div ;

-  Sensibilité de la voie B : 100 mV / div ;

-  Balayage : 0,5 ms / div.

Déterminer la période et la longueur d’onde sachant que la célérité du son est 340 m / s.

-  Réponses :

-  Période du son :

Sur l’oscillogramme, la durée de deux périodes correspond à 9 div environ.

-  

-  Longueur d’onde du son :

-   λ = v . T 

-   λ = 340 x 2,25 x 10 –3

-   λ 0,765 m 

 

 

II- exercice 13 page 63.

Une corde soumise à un vibreur est photographiée à l’instant t = 0,060 s, le vibreur ayant commencé à fonctionner à l’instant t = 0 s. 

La célérité des ondes de long de la corde est 2,0 m / s.

1)- Calculer la fréquence υ et la longueur d’onde λ de l’onde.

2)- Au début du fonctionnement, le vibreur s’est-il déplacé vers le bas ou vers le haut ?

 

Une corde soumise à un vibreur est photographiée à l’instant t = 0,060 s, le vibreur ayant commencé à fonctionner à l’instant t = 0 s. 

La célérité des ondes de long de la corde est 2,0 m / s.

1)- Calculer la fréquence υ et la longueur d’onde λ de l’onde.

-  D’après l’enregistrement, le signal a parcouru la distance d = 3 λ pendant la durée Δt = 0,060 s.

-  Fréquence du signal :

-  

-  Longueur d’onde du signal :

-  

2)- Au début du fonctionnement, le vibreur s’est-il déplacé vers le bas ou vers le haut ?

-  Au début du mouvement, le vibreur s’est déplacé vers le bas.

 

 

III- Exercice 19 page 64.

Dans une cuve à ondes, on néglige l’amortissement et la réflexion.

On reproduit ci-dessous les photographies obtenues à la surface de l’eau avec différentes fréquences du vibreur.

Sur la figure, 1 cm représente 4 cm.

1)- Donner la relation permettant de calculer la célérité de l’onde pour chaque valeur de la fréquence de vibration.

2)- Déterminer dans chaque cas la valeur de la longueur d’onde.

3)- Calculer la célérité pour chaque valeur de la fréquence.

Conclure sur le milieu de propagation.

 

Dans une cuve à ondes, on néglige l’amortissement et la réflexion.

On reproduit ci-dessous les photographies obtenues à la surface de l’eau avec différentes fréquences du vibreur.

Sur la figure, 1 cm représente 4 cm.

1)- Donner la relation permettant de calculer la célérité de l’onde pour chaque valeur de la fréquence de vibration.

-  Relation permettant de calculer la célérité de l’onde :

-  

2)- Déterminer dans chaque cas la valeur de la longueur d’onde.

-  Valeur de la longueur d’onde pour chaque cas :

Fréquence

Nombre de

longueur d’onde

Distance sur

le schéma

Distance

réelle

Longueur

d’onde

f1 = 20 Hz

6 λ1

3 cm

12 cm

λ1  = 2,0 cm

f2 = 23 Hz

7 λ2

3 cm

12 cm

λ2  = 1,7 cm

f3 = 27 Hz

5 λ3

2 cm

8 cm

λ3  = 1,6 cm

f4 = 30 Hz

8 λ4

3 cm

12 cm

λ4  = 1,5 cm

3)- Calculer la célérité pour chaque valeur de la fréquence. Conclure sur le milieu de propagation.

-  Célérité de l’onde pour chaque fréquence :

Fréquence

Longueur d’onde

Vitesse m / s

f1 =20 Hz

λ1  = 2,0 cm

v1  = 0,40

f2 =23 Hz

λ2  = 1,7 cm

v2  = 0,39

f3 =27 Hz

λ3  = 1,6 cm

v3  = 0,43

f4 =30 Hz

λ4  = 1,5 cm

v4  = 0,45

-  La célérité de l’onde dépend de la fréquence.

Le milieu est dispersif.

 

 

IV- Exercice 26 page 65. Célérité du son.

Un haut-parleur est mis en vibration à l’aide d’un G.B.F réglé sur la fréquence f = 1,47 kHz.

Un microphone placé à une distance d du haut-parleur est relié à la voie B de l’oscilloscope.

La voie A étant reliée au G.B.F.

-  Schéma :

-  On observe l’écran ci-dessous.

1)- Déterminer la durée de balayage de l’oscilloscope.

2)- Décalage θ (en s) entre les deux courbes.

Exprimer le temps mis par l’onde sonore pour atteindre le microphone en fonction de θ, f et un nombre entier n.

3)- Les deux voies ont la même sensibilité : k = 100 mV / div.

Calculer les amplitudes des deux ondes.

Pourquoi sont-elles différentes ?

4)- On augmente progressivement la distance entre le microphone et le haut-parleur.

Pour deux positions successives repérées par d1 et d2 telles que

d2  – d1  = 23,0 cm, on obtient deux courbes en phase.

En déduire la longueur d’onde λ et la célérité v du son

5)- Sachant que la distance d est comprise entre 40 et 60 cm, donner sa valeur.

6)- Si on change la fréquence du G.B.F, la célérité v du son change-t-elle ? Pourquoi ?

La célérité du son ne change pas car l’air n’est pas un milieu dispersif pour les sons.

 

Un haut-parleur est mis en vibration à l’aide d’un G.B.F réglé sur la fréquence f = 1,47 kHz.

Un microphone placé à une distance d du haut-parleur est relié à la voie B de l’oscilloscope.

La voie A étant reliée au G.B.F.

-  Schéma :

-  On observe l’écran ci-dessous.

1)- Déterminer la durée de balayage de l’oscilloscope.

-  Durée de balayage :

une période T correspond à x 7 div.

-  Période du son :

 

-  Durée de balayage :

-  

2)- Décalage θ (en s) entre les deux courbes.

Exprimer le temps mis par l’onde sonore pour atteindre le microphone en fonction de θ, f et un nombre entier n.

-  θ   0,1 x 1,5  =>   θ    0,15  ms

-  Temps mis par l’onde pour atteindre le micro.

Le temps est connu à un nombre entier de période T.

-  

3)- Les deux voies ont la même sensibilité : k = 100 mV / div.

Calculer les amplitudes des deux ondes.

Pourquoi sont-elles différentes ?

-  Amplitudes des deux ondes.

-  UR = 3 x 100  =>  UR = 300 mV

-  UB = 2,5 x  100  =>  UB = 250 mV

- Au cours de leur déplacement, les ondes s'amortissent.

4)- On augmente progressivement la distance entre le microphone et le haut-parleur.

Pour deux positions successives repérées par d1 et d2 telles que

d2  – d1 = 23,0 cm, on obtient deux courbes en phase.

En déduire la longueur d’onde λ et la célérité v du son

-  Longueur d’onde du son :

λ = d2  – d1  = 23,0 cm.

-  Célérité du son :

-  

5)- Sachant que la distance d est comprise entre 40 et 60 cm, donner sa valeur.

-  Valeur de la distance d :

n

1

2

3

d cm

28,1

51,1

74,1

Comme d est compris entre 40 et 60 cm, la bonne valeur est :

d = 51,1 cm.

6)- Si on change la fréquence du G.B.F, la célérité v du son change-t-elle ? Pourquoi ?

La célérité du son ne change pas car l’air n’est pas un milieu dispersif pour les sons.

 

 

 

V- Exercice 27 page 65.ge 65.

À l’aide de deux microphones reliés à un oscilloscope, on visualise le son émis par un haut-parleur en deux endroits différents.

Un des deux microphones est fixe, l’autre est mobile.

La célérité du son est 340 m / s.

Lorsque la distance entre les deux microphones est d1 = 51,0 cm, on observe le premier écran ci-dessous ;

Lorsque la distance entre les deux microphones est d2 = 93,5 cm, on observe le second écran reproduit.

1)- Faire le schéma du montage. Justifier la différence d’amplitude sur les sinusoïdes observées.

  

2)- Calculer la valeur du rapport . Montrer que ce rapport est égal au rapport d’un nombre entier impair par un nombre entier pair.

3)- Donner la valeur de ces deux nombres entiers.

En déduire la longueur d’onde e λ.

4)- Calculer la fréquence du son émis, ainsi que la vitesse de balayage de l’oscilloscope.

5)- On place à nouveau les deux microphones 51,0 cm l’un de l’autre et on supprime le balayage (mode XY).

-  Quelle est la forme de la courbe obtenue sur l’écran ?

6)- On place devant le haut-parleur un obstacle comprenant une fente de 5 cm de largeur.

-  Quel phénomène observe-t-on ?


À l’aide de deux microphones reliés à un oscilloscope, on visualise le son émis par un haut-parleur en deux endroits différents.

Un des deux microphones est fixe, l’autre est mobile.

La célérité du son est 340 m / s.

Lorsque la distance entre les deux microphones est d1 = 51,0 cm,

on observe le premier écran ci-dessous ;

Lorsque la distance entre les deux microphones est d2 = 93,5 cm,

on observe le second écran reproduit.

1)- Faire le schéma du montage. Justifier la différence d’amplitude sur les sinusoïdes observées.

-  Au cours de la propagation, l’onde sonore perd de l’énergie.

L’amplitude de l’onde diminue.  

2)- Calculer la valeur du rapport . Montrer que ce rapport est égal au rapport d’un nombre entier impair par un nombre entier pair.

  Valeur du rapport  :

-    

-  Pour la distance d1 entre les deux microphones, les deux courbes sont en phase.

La distance d1 est égale à un nombre entier de fois la longueur d’onde

-  La distance d1 = k . λ

-  La distance d2 est égale à un nombre entier de fois la longueur d’onde plus la moitié d’une longueur d’onde.

-  Pour la distance d2 entre les deux microphones, les deux courbes sont en opposition de phase.

-  

3)- Donner la valeur de ces deux nombres entiers.

En déduire la longueur d’onde e λ.

Recherche de k’ et k  :

-  

-  Longueur d’onde du son :

- 

4)- Calculer la fréquence du son émis, ainsi que la vitesse de balayage de l’oscilloscope.

Fréquence du son émis.

- 
Durée de balayage :

Une période T correspond à x = 5 div

Période du son :

-  

-  Durée de balayage :

-

5)- On place à nouveau les deux microphones 51,0 cm l’un de l’autre et on supprime le balayage (mode (mode XY).

-  Quelle est la forme de la courbe obtenue sur l’écran ?

-  Les deux courbes étant en phase, on visualise un segment de droite sur l’écran.

6)- On place devant le haut-parleur un obstacle comprenant une fente de 5 cm de largeur.

-  Quel phénomène observe-t-on ?

-  La largeur de la fente étant du même ordre de grandeur que la longueur d’onde du son, l’onde donne un phénomène de diffraction.

On observe un phénomène de diffraction.