devoir surveillé - sciences physiques

Physique P1
DS n°1
DEVOIR SURVEILLÉ - SCIENCES PHYSIQUES
Calculette autorisée
Durée: 1h 50 min
points
Violons et erhu en concert
(Sujet zéro)
sciences physiques et chimiques - Terminale S
http://cedric.despax.free.fr/physique.chimie/
Physique P1
DS n°1
points
Avant de débuter un concert, les instrumentistes doivent accorder leurs instruments. Le chef
d'orchestre dispose de repères techniques simples mais efficaces pour vérifier la justesse
des sons émis par l’orchestre.
L'objet de cet exercice porte sur l'étude des sons émis par des violons, la vérification de
l'accord entre deux violons et la participation du chef d'orchestre à ces réglages.
Pour tout l'exercice, on considère la célérité c du son dans l'air, à 20°C, égale à
340 m.s-1.
sciences physiques et chimiques - Terminale S
http://cedric.despax.free.fr/physique.chimie/
Physique P1
DS n°1
points
Violon et diapason
1. Parmi les caractéristiques physiques d'un son musical figurent la hauteur et le timbre.
En analysant les deux oscillogrammes de la figure 1, préciser la caractéristique qui
différencie les sons des deux émetteurs.
/1
2. Quel nom donne-t-on à la fréquence f1 ?
/0,5
3. Calculer les valeurs des fréquences f 2 et f3 présentent dans le spectre fréquentiel du
violon.
/0,5
Les battements
1. La période des variations d'amplitude, appelées battements, est notée T batt (courbe 3
f −f
1
= b a .
de la figure 2). On souhaite vérifier que f batt =
T batt
2
/1
Pour cela, déterminer la valeur f batt à partir de la courbe 3 et la comparer à celle de
f b −f a
.
2
2. Lorsque le musicien constate l'arrêt des battements, que peut-il en conclure ?
/0,5
Niveau sonore et intensité
Au début du concert, un groupe musical comportant dix violons se produit.
1. Vérifier que le niveau sonore minimal perceptible est de 0 dB.
/0,5
2. On estime à 70 dB le niveau sonore produit par un seul violon à 5 m. Calculer le
niveau sonore produit par le groupe musical. On considère que tous les violons sont à
5 m de l'auditeur.
/0,5
3. L'exposition à une intensité sonore I = 1,0.10 -1 W.m-2 peut endommager l'oreille de
l'auditeur. Combien de violons doivent jouer pour atteindre cette intensité pour un
auditeur situé à 5 m ? Conclure.
/1
Conduite d'un orchestre à l'oreille
1. Vérifier que, pour deux fréquences successives f i et fi+1 séparées par un demi-ton, le
1
f i +1
12
rapport constant des deux fréquences
est égale à 2
.
fi
/0,5
2. Un chef d'orchestre dispose de capacités auditives développées qui lui permettent de
distinguer et de reconnaître précisément les notes, et en particulier la note la 3 et la
note si3 située deux demi-tons au dessus.
Calculer la fréquence de la note si3 sachant que celle du la3 est égale à 440 Hz.
sciences physiques et chimiques - Terminale S
http://cedric.despax.free.fr/physique.chimie/
/0,5
Physique P1
DS n°1
points
Erhu et violon alto
1. Commenter le nombre de chiffres indiqués pour les fréquences (abscisses).
/0,5
2. Recopier et compléter par le calcul le tableau de fréquences ci dessous :
Comment les fréquences de ce tableau apparaissent-elles sur les enregistrements du
document 5, notamment sur les courbes C ? En particulier, comparer l'importance de
l'harmonique 2 dans chacun des deux instruments.
Surfer sur la vague
(D'après le sujet d'Amérique du nord 2013)
La houle est un train de vagues régulier généré par un vent soufflant sur une grande étendue
de mer sans obstacle, le fetch. En arrivant près du rivage, sous certaines conditions, la houle
déferle au grand bonheur des surfeurs !
Donnée : intensité de la pesanteur : g = 9,8 m.s-2.
sciences physiques et chimiques - Terminale S
http://cedric.despax.free.fr/physique.chimie/
/2
Physique P1
DS n°1
points
sciences physiques et chimiques - Terminale S
http://cedric.despax.free.fr/physique.chimie/
Physique P1
DS n°1
points
La houle, onde mécanique progressive
1. Pourquoi peut-on dire que la houle est une onde mécanique progressive ?
/1
2. Il est possible de simuler la houle au laboratoire de physique avec une cuve à ondes
en utilisant une lame vibrante qui crée à la surface de l’eau une onde progressive
sinusoïdale de fréquence f = 23 Hz. On réalise une photographie du phénomène
observé (document 1).
Déterminer, en expliquant la méthode utilisée, la vitesse de propagation v de l’onde
sinusoïdale générée par le vibreur.
/2
3. Au large de la pointe bretonne, à une profondeur de 3000 m, la houle s’est formée
avec une longueur d’onde de 60 m.
En utilisant le document 2, calculer la vitesse de propagation v1 de cette houle. En
déduire sa période T.
/2
4. Sur la photographie aérienne du document 3, quel phénomène peut-on observer ?
Quelle est la condition nécessaire à son apparition ?
/1
5. Citer un autre type d’onde pour laquelle on peut observer le même phénomène.
/1
Surfer sur la vague
La houle atteint une côte sablonneuse et rentre dans la catégorie des ondes longues.
1. Calculer la nouvelle vitesse de propagation v 2 de la houle lorsque la profondeur est
égale à 4,0 m, ainsi que sa nouvelle longueur d’onde λ2. Les résultats obtenus sont-ils
conformes aux informations données dans le document 4 ?
/2
2. Pour la pratique du surf, la configuration optimale est :
✔ à marée montante c'est-à-dire entre le moment de basse mer et celui de pleine
mer ;
✔ avec une direction du vent venant du Sud-Ouest.
Un surfeur consulte au préalable un site internet qui lui donne toutes les prévisions
concernant le vent, la houle et les horaires des marées (document 5).
Proposer en justifiant, un créneau favorable à la pratique du surf entre le jeudi 21 et le
samedi 23 juin 2012.
/1
3. Un autre phénomène très attendu par les surfeurs, lors des marées importantes est le
mascaret.
Le mascaret est une onde de marée qui remonte un fleuve. Cette onde se propage à
une vitesse v de l’ordre de 5,1 m.s-1.
Le passage du mascaret étant observé sur la commune d’Arcins à 17h58, à quelle
heure arrivera-t-il à un endroit situé à une distance d = 13 km en amont du fleuve ?
sciences physiques et chimiques - Terminale S
http://cedric.despax.free.fr/physique.chimie/
/1