EXERCICES : CINEMATIQUE

EXERCICES : ONDES
Exercice n°1 : célérité d'une onde 1. Lors d'un orage, un promeneur voit la foudre tomber sur une colline
distante de 6,5 km. 19 secondes plus tard, il entend le bruit du
tonnerre. Calculez la célérité du son dans l'air. Justifiez le
raisonnement.
2. La célérité d'un son est-elle la même dans l'air et dans l'eau ?
Pourquoi ?
3. La lumière met 8 minutes et 20 secondes pour parcourir la distance
séparant le soleil de la Terre. La célérité de la lumière est 3.00 108m/s
dans le vide ou dans l'air. Calculez la distance séparant le soleil de la
Terre. Justifiez.
4. La célérité de la lumière est elle la même dans l'air et dans l'eau ?
Pourquoi ? Exercice n°2 : longueur d'onde, période et fréquence
1. Exploitation de l'oscillogramme du son « La3 » d'un diapason enregistré
à l'aide d'un microphone : [pic] Déterminez la valeur de la période du son « La3 ».
Déterminez la valeur de la fréquence du son « La3 ». 2. Exploitation de l'oscillogramme du son « oh » enregistré à l'aide d'un
microphone :
[pic] Déterminez la valeur de la période du son « oh ».
Déterminez la valeur de la fréquence du son « oh » 3. Le la3 de la gamme musicale est un son pur. Le la3 possède une
fréquence de 440 Hz. Calculez la valeur de la période et de la longueur
d'onde de cette onde sonore sinusoïdale. Justifiez.
Données : célérité du son dans l'air : 340 m/s. 4. Un laser Hélium-Néon émet dans le vide une onde lumineuse sinusoïdale de
longueur d'onde égale à 632,8 nm. La célérité de la lumière dans le vide
est égale à 2,998.108 m/s. Calculez la valeur de la période et de la
fréquence de cette onde lumineuse sinusoïdale. Justifiez.
Exercice n°3 : A propos de la notion de son « pur » et de son « complexe ».
Données :
> Un son pur est une onde sonore progressive périodique dont la
variation réversible de pression en un point donné du milieu est
d'allure sinusoïdale.
> Un son complexe est une onde sonore progressive périodique dont la
variation réversible de pression en un point donné du milieu est
d'allure non sinusoïdale.
1° Exploitation des données :
11° Identifiez l'oscillogramme de l'exercice 2 qui correspondrait à un
son « pur ».
12° Identifiez l'oscillogramme de l'exercice 2 qui correspondrait à un
son « complexe ». 2° Emission d'un son complexe :
Séquencement de l'expérience :
Abréviation : HP (Haut Parleur)
Oscillogramme visualisé à l'oscilloscope lors de chaque étape : [pic] [pic] [pic] 21° Exploitation de l'étape 1 :
211° Déterminez la nature du son émis par le haut parleur 1.
212° Déterminez la valeur de la fréquence du son émis.
22° Exploitation de l'étape 2 :
221° Déterminez la nature du son émis par le haut parleur 2.
Justifiez.
222° Déterminez la valeur de la fréquence du son émis. Justifiez.
223° Quelle relation lie la valeur de la fréquence du son de
l'étape 2 avec celle de l'étape 1 ?
23° Exploitation de l'étape 3 :
231° Déterminez la nature du son émis par les hauts parleurs 1 et
2. Justifiez.
232° Un technicien affirme que « un son complexe est constitué de
sons purs de fréquences multiples ». Qu'en pensez-vous ? Justifiez.
233° Déterminez la valeur de la fréquence du son émis par les deux
hauts parleurs. Justifiez.
234° Quel son pur émis impose la valeur de la fréquence du son
complexe ?
235° Un technicien affirme que « la valeur de la fréquence du son
complexe est imposée par la valeur de la fréquence la plus élevée
du son pur contenu dans le son complexe ». Qu'en pensez-vous ?
Justifiez.
3° « décomposition en séries de Fourier » :
Données :
> Toute onde progressive périodique d'allure non sinusoïdale peut se
décomposer en une somme d'ondes progressives périodiques sinusoïdales
dont les valeurs des fréquences de ces ondes sont des entiers
multiples de la fréquence de l'onde d'allure non sinusoïdale ;
> On appelle « le fondamental » l'onde progressive périodique d'allure
sinusoïdale dont la valeur de la fréquence correspond à la valeur de
la fréquence de l'onde progressive périodique d'allure non
sinusoïdale ;
> On appelle « harmonique » toute onde progressive périodique d'allure
sinusoïdale dont la valeur de la fréquence est un entier multiple de
la valeur de la fréquence du fondamental ;
> On appelle « rang » de l'harmonique la valeur de l'entier multiple de
la fréquence du fondamental.
31° Quelle est la décomposition en séries de Fourier du son complexe émis
lors de l'étape 3 ? Justifiez.
33° Parmi les étapes 1 et 2, identifiez l'oscillogramme qui correspond au
« fondamental » du son complexe de l'étape 3 ? Justifiez.
34° Parmi les étapes 1 et 2, identifiez l'oscillogramme qui correspond à
« l'harmonique » du son complexe de l'étape 3 ? Justifiez.
35° Déterminez le rang de l'harmonique du son complexe de l'étape 3.
Justifiez.
36° Quelle est la décomposition en série de Fourier du son pur émis lors
de l'étape 1 ? Justifiez.
37° Quelle est la décomposition en séries de Fourier du son pur émis lors
de l'étape 2 ? Justifiez.
4° A propos de la notion de « spectre en fréquence » :
Données :
> Le « spectre en fréquence » est la représentation graphique de la
décomposition en série de Fourier de toute onde progressive périodique
d'allure non sinusoïdale ; 41° Exploitation du spectre en fréquence du son complexe de l'étape 3 :
[pic] [pic] 411° Quelle est la valeur de la fréquence du fondamental ?
412° Combien d'harmoniques sont contenus dans le son complexe de
l'étape 3 ?
413° Quelle est la valeur de la fréquence du premier harmonique ?
414° Parmi les deux graphes proposées, quelle représentation
graphique vous semble la plus pertinente ? Justifier.
42° Exploitation de l'oscillogramme du son « oh » :
[pic] 421° Quelle est la nature du son « oh » ? Justifiez.
422° Déterminez la valeur de la fréquence du son « oh ».
423° Déterminez la valeur de la fréquence du fondamental du son
« oh ». justifiez.
424° Le son « oh » possède t'il des harmoniques ? Justifiez.
43° Exploitation du spectre en fréquence du son « oh » :
[pic] 431° Quelle est la valeur de la fréquence du fondamental ?
432° La valeur de la fréquence du fondamental indiquée dans le
spectre est elle cohérente avec celle du son « oh » déterminée à
l'oscilloscope ?
433° Combien d'harmoniques sont contenus dans le son « oh » ?
434° Quelle est la valeur de la fréquence du premier harmonique ?
436° Quelle est la valeur de la fréquence de l'harmonique de rang
3 ?
437° Quelle est l'amplitude de l'harmonique 4 ?
Exercice n°4 : A propos du spectre en fréquence et du spectre en longueur
d'onde des différentes catégories d'ondes électromagnétiques.
> Ci dessous, le spectre en fréquence d'ondes électromagnétiques :
[pic]
(Remarque : les domaines de longueur d'onde s'entendent dans le vide ou
dans l'air).
> La lumière, qui relève d'une branche de la Physique appelé
« optique », est une onde électromagnétique dont le spectre est
compris entre les fréquences de 3.1011 Hz à 3.1016 Hz.
> Parmi les fréquences de l'optique, on distingue un domaine étroit qui
correspond à la lumière visible de l'?il humain, dont le spectre est
le suivant :
Rouge Orange Jaune
Vert Bleu
Violet
780nm 620nm 592nm
578nm 500nm 446nm
400nm Longueur d'onde exprimée en nanomètre, c'est à dire, 10-9m. 1° A propos du spectre des ondes électromagnétiques :
11° A propos des ondes radio :
111° Donnez le spectre en fréquence de ces ondes.
112° Donnez le spectre en longueur d'onde dans le vide ou dans
l'air de ces ondes.
12° A propos des micro ondes :
121° Donnez le spectre en fréquence de ces ondes.
122° Donnez le spectre en longueur d'onde dans le vide ou dans
l'air de ces ondes.
13° A propos de la lumière visible :
131° Donnez le spectre en fréquence de ces ondes.
132° Donnez le spectre en longueur d'onde dans le vide ou dans
l'air de ces ondes.
14° A propos de la lumière infra rouge :
141° Quelle grandeur physique est associée à la lumière infra
rouge ?
142° Donnez le spectre en fréquence de ces ondes.
143° Donnez le spectre en longueur d'onde dans le vide ou dans
l'air de ces ondes.
15° A propos de la lumière ultraviolette :
151° Qu'est ce que la lumière ultraviolette ?
152° Donnez le spectre en fréquence de ces ondes.
153° Donnez le spectre en longueur d'onde dans le vide ou dans
l'air de ces ondes.
16° A propos des rayons X :
161° Que peut on faire avec des rayons X ?
162° Donnez le spectre en fréquence de ces ondes.
163° Donnez le spectre en longueur d'onde dans le vide ou dans
l'air de ces ondes.
17° A propos de