Exercice 3: Les ondes sonores (4 points)

Bac S Liban 2010 EXERCICE III : LES ONDES SONORES (4 points)
http://labolycee.org Membre d'un groupe de rock et très intéressé par la nature et la
propagation du son, Julien réalise les observations suivantes :
- Observation 1 : Aucun signal sonore ne nous parvient du Soleil
alors qu'il s'y déroule en permanence de gigantesques explosions.
- Observation 2 : Une bougie est placée devant un haut-parleur qui
émet un son très grave. On constate que la flamme se rapproche et
s'éloigne alternativement de la membrane du haut-parleur mais qu'elle
n'oscille pas dans la direction perpendiculaire. 1. Préliminaires. 1.1. Définir de la manière la plus complète possible une onde mécanique
progressive. 1.2. Compléter les cases blanches du tableau de l'annexe à rendre avec la
copie avec les expressions suivantes : Onde sonore, onde le long d'une corde, onde lors de la compression-
dilatation d'un ressort, onde à la surface de l'eau 2. Célérité de l'onde sonore : première méthode. Trois microphones M1, M2 et M3 sont alignés de telle manière que les
distances M1M2 et M2M3 valent respectivement 2,00 m et 3,00 m. Les signaux
électriques correspondant aux sons reçus par les microphones sont
enregistrés grâce à un ordinateur. Julien donne un coup de cymbale devant
le premier micro M1 puis lance immédiatement l'enregistrement. La
température de la pièce est de 18°C. Les courbes obtenues sont représentées ci-après.
2.1. Comment peut-on déterminer la célérité de l'onde sonore à l'aide des
courbes obtenues ? 2.2. Effectuer le calcul de la célérité de l'onde sonore pour la distance
M1M2 puis pour la distance M2M3. 2.3. Les résultats obtenus sont-ils cohérents ?
3. Célérité de l'onde : deuxième méthode. Julien dispose maintenant les deux microphones M1 et M2 à la même distance
d d'un diapason. Il obtient les courbes représentées ci-dessous. On
remarque que les signaux sont en phase. 3.1. Déterminer la période puis la fréquence du son émis par le diapason. Julien éloigne le microphone M2 peu à peu jusqu'à ce que les courbes
soient de nouveau en phase. Il réitère l'opération jusqu'à compter cinq
positions pour lesquelles les courbes sont à nouveau en phase. La distance
D entre les deux microphones est alors égale à 3,86 m. 3.2. Pourquoi compte-t-on plusieurs retours de phase plutôt qu'un
seul ? 3.3. Définir la longueur d'onde. Déduire sa valeur numérique de
l'expérience précédente. 3.4. Calculer alors la célérité de l'onde. 3.5. D'après les résultats expérimentaux obtenus aux questions 3.4.
et 2.2, le milieu de propagation des ondes sonores est-il dispersif ? 4. Autre propriété des ondes sonores. Lors d'un concert donné par Julien dans une salle, des amis arrivés un peu
retard s'étonnent d'entendre de la musique alors qu'ils sont encore dans
le hall et donc séparés de la scène par un mur très bien isolé
phoniquement. Ils remarquent cependant que la porte, d'une largeur de 1,00
m, est ouverte. La situation est représentée sur le schéma ci-dessous.
4.1. Quel phénomène physique permet d'expliquer l'observation faite
par les amis de Julien ? 4.2. Les amis de Julien ont-ils entendu préférentiellement dans le
hall des sons graves (f = 100 Hz) ou des sons très aigus (f = 10000
Hz) ? Justifier la réponse en calculant les longueurs d'onde
correspondantes. ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE : LES ONDES SONORES (4 points) Questions 1.2 et 1.3 : | |Ondes |Ondes |Ondes |
| |à une dimension |à deux dimensions |à trois dimensions|
|Ondes | | | |
|longitudinales | | | |
| | | | |
|Ondes | | | |
|transversales | | | |
| | | | | -----------------------
Tension U (V) Microphone M1 t (s) t (s) Microphone M2 Tension U (V) t (s) Microphone M3 Tension U (V) Microphone M2 Microphone M1 t (ms) t (ms)