EXERCICE PHYSIQUE: LES ONDES SONORES Membre d`un

EXERCICE PHYSIQUE: LES ONDES SONORES
Bac S L iban 2010
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Memb re d’un groupe de rock et très intéressé par la physique, Julien réalise les
expériences suivantes.
1. Célérité de l’onde sonore : première méthode à l’aide de symbale
Deux microphones M1 et M2 sont alignés de telle manière que la distance M1 M2 = 2,00 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.
Les courbes ob tenues sont représentées ci-dessous.
Tension U (V)
Microphone M1
t (s)
Tension U (V)
Microphone M2
t (s)
1.1.
Pour quelle raison le signal perçu par le microphone M2 est en retard par rapport à
celui perçu par le microphone M1 ?
1.2.
Déterminer la valeur d’une petite division horizontale.
1.3.
A partir des deux graphes en déduire le retard de temps t entre les deux signaux
perçus. L’exprimer en seconde puis en ms.
1.4.
Rappeler l’expression de la célérité d’une onde en fonction de la distance d qui
sépare les deux micros et du retard de temps t entre les deux signaux.
1.5.
Calculer la célérité de l’onde sonore pour la distance M1 M2 = d = 2,00 m.
1.6.
Le résultat obtenu est-il cohérent par rapport à vos connaissances de cours ?
2. Célérité de l’onde : deuxième méthode à l’aide d’un diapason.
Julien dispose maintenant les deux microphones M1 et M2 à la même distance d d’un
diapason. Il ob tient les courbes représentées ci-dessous.
On dit que les signaux sont en phase.
Microphone M1
t (ms)
Microphone M2
t (ms)
2.1.
Déterminer la période du signal. Bien détailler le raisonnement. Attention à bien
observer les graduations de l’axe des temps ….
2.2.
Exprimer la valeur de la période en seconde.
2.3.
En déduire la fréquence du signal sonore. Bien détailler les calculs.
2.4.
Ce son est-il audible par l’oreille humaine ? Justifier la réponse, en rappelant la
gamme des fréquences audibles par l’oreille humaine.
2.5.
Déterminer la tension maximale du signal perçu.
Julien éloigne le microphone M2 peu à peu jusqu’à ce que les courbes soient de nouveau
en phase. La distance D entre les deux microphones est alors égale à 77,2 cm.
2.6.
Définir la longueur d’onde. Déduire sa valeur numérique de l’expérience ci-dessus.
L’exprimer en cm puis en mètre.
2.7.
Rappeler l’expression de la célérité d’une onde en fonction de la longueur d’onde 
et de la période temporelle T.
2.8.
Calculer alors la célérité de l’onde.
3 Pour conclure.
Julien va lire son cours de physique et il y est écrit :
On dit d’une onde qu’elle est mécanique lorsqu’elle a besoin d’un milieu matériel pour se
propager. A l’inverse, une onde est dite non mécanique lorsqu’elle n’a pas besoin d’un
milieu pour se propager.
On dit d’un milieu qu’il est dispersif pour une onde, si la célérité de cette onde dépend de
la fréquence de cette onde.
3.1.
Justifier que l’onde sonore est mécanique, en vous aidant d’un exemple concret de
situation.
3.2.
Justifier que la lumière est une onde non mécanique, en vous aidant d’un exemple
concret de situation.
On rappelle les conclusions des expériences précédentes :


A l’expérience 1, on a trouvé une vitesse du son voisine de 340 m/s. Cette
expérience a été effectuée à l’aide de cymbales.
A l’expérience 2, on a trouvé une vitesse du son de 340 m/s. Cette expérience a
été effectuée à l’aide d’un diapason.
Ces deux instruments produisent des sons de fréquences différentes.
3.3.
D’après les résultats expérimentaux rappelés ci-dessus et en vous aidant du cours
de physique, l’air (le milieu de propagation des ondes sonores) est-il dispersif ?