Exercice 1: Ondes stationnaires sur une corde de guitare - Physique ...

TD n°1 Sciences Appliquées BTS 2
Les Ondes

Nature des ondes 5
Exercice 1: Longueur d'onde d'une station FM (Solution 1:) 5
Exercice 2: Longueur d'onde des rayons X (Solution 2:) 5
Exercice 3: Longueur d'onde, période et fréquence (Solution 3:) 5
Exercice 4: Célérité d'une onde (Solution 4:) 6
Exercice 5: Célérités d'ondes (Solution 5:) 6
Exercice 6: A propos de la notion de son « pur » et de son « complexe ».
(Solution 6:) 6
Exercice 7: Spectre fréquentiel des différentes catégories d'ondes
électromagnétiques. (Solution 7:) 9
Exercice 8: Spectre de l'oreille humaine(Solution 8:) 9
Propagation 11
Exercice 1: Contrôle de connaissances (Solution 1:) 11
Exercice 2: Ecriture d'une onde progressive .( Solution 2:) 11
Exercice 3: Propagation le long d'une corde 1 (Solution 3:) 11
Exercice 4: Propagation le long d'une corde 2 (Solution 4:) 11
Onde stationnaires 13
Exercice 1: Ondes stationnaires sur une corde de guitare (0) 13
Exercice 2: Ondes stationnaires d'une guitare (Solution 2:) 13
Exercice 3: Ondes stationnaires harmoniques d'une guitare (Solution 3:)
13
Optique géométrique 16
Exercice 1: Contrôle de connaissances (0) 16
Exercice 2: Réflexion sur un miroir plan (Solution 2:) 16
Exercice 3: Propagation rectiligne de la lumière (Solution 3:) 16
Exercice 4: le miroir plan (Solution 4:) 16
Exercice 5: Principe du catadioptre (Solution 5:) 17
Exercice 6: Principe du catadioptre (Solution 6:) 17
Exercice 7: Diffraction (Solution 7:) 17
Exercice 8: La réflexion et la réfraction (Solution 8:) 17
Exercice 9: Construction des rayons lumineux pour une lentille convergente
et divergente (Solution 9:) 18
Exercice 10: obtention de l'image d'un objet AB par une lentille mince.(
Solution 10:) 18
Exercice 11: Lentilles minces (Solution 11:) 20
Exercice 12: Lentille mince parcourue par deux rayons laser (Solution 12:)
20
Exercice 13: Fibre optique à saut d'indice (Solution 13:) 20
Exercice 14: transmission d'informations par une fibre optique à saut
d'indice.( Solution 14:) 21
Photométrie 23
Exercice 1: Contrôle de connaissances (Solution 1:) 23
Exercice 2: Notions de photométrie (Solution 2:) 23
Exercice 3: l'efficacité lumineuse d'une source de lumière (Solution 3:)
23
Exercice 4: éclairement de salles (Solution 4:) 24
Exercice 5: Eclairage d'une salle de classe (Solution 5:) 24
Exercice 6: Lampe à incandescence (compréhension du cours) (Solution 6:)
25
Exercice 7: Lampe à décharge (compréhension du cours) (Solution 7:) 25
Exercice 8: Tube fluorescent (compréhension du cours) (Solution 8:) 25
Exercice 9: Laser (compréhension du cours) (Solution 9:) 25
Exercice 10: Lampe à incandescence et lampe à décharge (Solution 10:) 25
Exercice 11: Tube à décharge(Solution 11:) 26
BTS 27
Exercice 1: BTS 2013 Metro : centre Pablo Picasso (Solution 12:) 27
Corrections Natures des ondes 33
Solution 1: Exercice 1:Longueur d'onde d'une station FM 33
Solution 2: Exercice 2:longueur d'onde des rayons X 33
Solution 3: Exercice 3:longueur d'onde, période et fréquence 33
Solution 4: Exercice 4:célérité d'une onde 33
Solution 5: Exercice 5:célérités d'ondes 33
Solution 6: Exercice 6:A propos de la notion de son « pur » et de son
« complexe ». 33
Solution 7: Exercice 7:Spectre fréquentiel des différentes catégories
d'ondes électromagnétiques. 35
Solution 8: Exercice 8:Spectre de l'oreille humaine 35
Corrections Propagation 37
Solution 1: Exercice 1:Contrôle de connaissances 37
Solution 2: Exercice 2:Ecriture d'une onde progressive 37
Solution 3: Exercice 3:propagation le long d'une corde 37
Solution 4: Exercice 4:propagation le long d'une corde 37
Corrections Ondes stationnaires 39
Solution 1: Exercice 1:Ondes stationnaires sur une corde de guitare 39
Solution 2: Exercice 2:Ondes stationnaires d'une guitare 39
Solution 3: Exercice 3:Ondes stationnaires harmoniques d'une guitare 39
Corrections Optique géométrique 40
Solution 1: Exercice 1:Contrôle de connaissances 40
Solution 2: Exercice 2:Réflexion sur un miroir plan 40
Solution 3: Exercice 3:Propagation rectiligne de la lumière 40
Solution 4: Exercice 4:le miroir plan 40
Solution 5: Exercice 5:Principe du catadioptre 41
Solution 6: Exercice 6:Principe du catadioptre 41
Solution 7: Exercice 7:Diffraction 42
Solution 8: Exercice 8:La réflexion et la réfraction 42
Solution 9: Exercice 9:Construction des rayons lumineux pour une
lentille convergente et divergente 43
Solution 10: Exercice 10:obtention de l'image d'un objet AB par une
lentille mince. 43
Solution 11: Exercice 11:Lentilles minces 44
Solution 12: Exercice 12:Lentille mince parcourue par deux rayons laser
45
Solution 13: Exercice 13:Fibre optique à saut d'indice 45
Solution 14: Exercice 14:transmission d'informations par une fibre
optique à saut d'indice. 47
Corrections Photométrie 50
Solution 1: Exercice 1:Contrôle de connaissances 50
Solution 2: Exercice 2:Notions de photométrie 50
Solution 3: Exercice 3:l'efficacité lumineuse d'une source de lumière
50
Solution 4: Exercice 4:éclairement de salles 50
Solution 5: Exercice 5:Eclairage d'une salle de classe 50
Solution 6: Exercice 6:Lampe à incandescence (compréhension du cours)
50
Solution 7: Exercice 7:Lampe à décharge (compréhension du cours) 51
Solution 8: Exercice 8:Tube fluorescent (compréhension du cours) 51
Solution 9: Exercice 9:Laser (compréhension du cours) 51
Solution 10: Exercice 10:Lampe à incandescence et lampe à décharge 51
Solution 11: Exercice 11:Tube à décharge 51
Corrections BTS 53
Solution 1: Exercice 1:BTS 2013 Metro : centre Pablo Picasso () 53


Nature des ondes


1 Longueur d'onde d'une station FM (Solution 1:)

Une station FM émet sur une onde radio de 105,6 MHz. Si, dans l'air, les
ondes électromagnétiques diffèrent très peu de c.
1) Quelle est la valeur de la célérité de l'onde
2) Quelle est la longueur d'onde correspondante ?

2 Longueur d'onde des rayons X (Solution 2:)



3 Longueur d'onde, période et fréquence (Solution 3:)

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.

4 Célérité d'une onde (Solution 4:)

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 ?

5 Célérités d'ondes (Solution 5:)

. câble coaxial : [pic] [pic] avec ((0,25 µH/m (=0,1 nF/m (c=2.108 m/s)
. eau dans bassin [pic]
. Son [pic]
Une mesure par ultrasons permet de connaître la distance séparant
l'émetteur d'une cible.
1- Dans l'air (R= 8.31 JK-1mol-1 et (= 1.4 et M= 39 g.mol-1) Quel (t si
la distance est de 20 cm
2- Dans l'eau f=20 kHz et (=7,5 cm, Quelle est la profondeur si (t=0,1 s

6 A propos de la notion de son « pur » et de son « complexe ». (Solution
6:)

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)

[pic]
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