Série 1 : Ondes mécaniques 2019/2020 Exercice 1 (S.R2017/ 2BPMVA) À l'aide d'un vibreur de fréquence réglable, on crée à l'instant 0t 0 en un point S de la surface de l'eau d'une cuve à ondes, des ondes progressives Sinusoïdales. On règle la fréquence du vibreur sur la valeur N 20 Hz . Le document ci-contre donne l'aspect de la surface de l'eau à un instant donné. 1. Répondre par vrai ou faux aux propositions a, b, c et d suivantes: a L'onde produite à la surface de l'eau est une onde longitudinale b L'onde produite à la surface de l'eau est une onde transversale c La propagation de l'onde se fait avec transport de matière d La propagation de l'onde se fait avec transport d'énergie 2. Recopier sur votre copie le numéro de la question et écrire la lettre correspondante à la proposition vraie : 2.1. La longueur d'onde de l'onde qui se propage à la surface de l'eau est: a)6 cm b) 4 cm c ) 2 cm d )1 cm 2.2. La célérité de l'onde qui se propage à la surface de l'eau est: a) v = 0,6 m/s b) v = 0,4 m/ sc) v = 0,2 m/sd ) v = 0,1 m/s 2.3. Le retard temporel du mouvement du point Mpar rapport à la source S est: a) = 0,65 s b) = 0,45 s c) = 0,25 s d )= 0,15 s 2.4. L'élongation M y (t) de M en fonction de l'élongation de la source S est: a) yM(t) = y (t -0,15) b) yM (t) = yS (t -0,25) c) yM (t) = yS (t) d) yM (t) = -ys (t) Exercice 2 :(SN 2BACPMVA2017) Une voiture est équipée d’un système comportant un émetteur (E) et un récepteur (R) d’ultrasons placés côte à côte à l’arrière du véhicule. Lors d'un stationnement, l'émetteur (E) envoie des ultrasons sous forme de salves. Ces ultrasons sont captés par le récepteur (R) après réflexion sur un obstacle situé à la distance d de (E). Donnée: Vitesse de propagation des ultrasons dans l’air : V0=340m/s. 1. Répondre par vrai ou faux aux propositions a, b, c et d suivantes: a L'onde ultrasonore est une onde longitudinale b L'onde ultrasonore se propage dans le vide c La propagation des ultrasons se fait avec transport de matière d La fréquence des ultrasons varie en changeant le milieu de propagation 2. L'oscillogramme ci-contre donne le signal émis par l'émetteur (E) et le signal réfléchi par le récepteur (R). 2.1. Déterminer graphiquement la durée entre le signal émis et le signal reçu. 2.2. Calculer la distance d qui sépare l’obstacle de l'émetteur (E). 2.3. On considère un point M du milieu de propagation qui se trouve à la distance de l'émetteur (E). Recopier sur votre copie le numéro de la question et écrire la lettre correspondante à la proposition vraie : L'élongation yM (t) de M en fonction de l'élongation de l'émetteur (E) est: a ) yM (t) = yE (t - τ) b )yM (t) = yE (t – τ/ 2) C) yM (t) = y E(t – τ/4 ) d) y (t) = yE (t - 2τ) M Exercice 3 : Onde sonore ( SR 2BACPCGP2018 ) Un haut parleur émet un son qui est analysé à l'aide d'un oscilloscope réglé sur la sensibilité horizontale: 0,5 ms /1div . On observe l' oscillogramme ci-contre. 1. Choisir l'affirmation juste parmi les affirmations suivantes: Pr.ADAM Nid-bella Programme Physique-Chimie 2-BACPMVA-1 a- La vitesse du son dans le vide est c=3.108 rn./s bcd- Une onde mécanique se propage dans un milieu matériel avec transport de matière. - Une onde sonore est une onde électromagnétique L'onde mécanique peut être diffractée 2. Définir la longueur d'onde. 3. Déterminer graphiquement la période de l'onde émise par le haut parleur. En déduire sa fréquence. 4. La longueur d'onde de l'onde sonore émise est À.=1,02m. Déterminer la célérité de cette onde dans l'air. Exercice 4 : Une lame vibrante en mouvement sinusoïdal de fréquence f = 10 Hz, fixée à l’extrémité O d’une corde de longueur L = 3,0 m, génère le long de celle-ci une onde progressive périodique. Un dispositif approprié empêche tout phénomène de réflexion à l’autre extrémité O’ de la corde. À la date origine t 0 = 0 s, on suppose que tous les points de la corde ont été atteints par l’onde. La célérité v de l’onde est donnée en fonction de la tension F de la corde et de sa masse linéique (masse par unité de longueur), µ = 0,10 kg •m -1 , par la relation : v = 1. F µ 1 1 Données numériques utiles ou inutiles : 0,33 ; 0,11 ; 3 1,7. 3 9 Le document 1 représente l’aspect de la corde à la date t1 = 0,50 s. 1.1. L’onde étudiée est-elle transversale ou longitudinale ? Justifier votre réponse. 1.2. Quelle périodicité de l’onde est mise en évidence sur le document 1 ? (spatiale ou temporelle). Justifier. 1.3. Mesurer le plus précisément la valeur de la longueur d’onde λ. 1.4. En déduire la célérité v de l’onde dans les conditions de l’expérience. 2. Le document 2 représente les variations de l’élongation y0 du point source O en fonction du temps. 2.1. Vérifier que la valeur de la fréquence f de vibration de la lame, déduite du document 2, est bien celle donnée par l’énoncé. 2.2. Les variations au cours du temps de l’élongation du point B, tel que OB = 75 cm, sont-elles en phase ou en opposition de phase avec le point O ? Justifier votre réponse. 2.3. Sur le document 2, représenter en vert les variations au cours du temps de l’élongation du point B. 3. Calculer la tension F (en N) de la corde dans les conditions de l’expérience. Exercice 5: On réalise le montage suivant : Pr.ADAM Nid-bella Programme Physique-Chimie 2-BACPMVA-1 Le haut-parleur est relié à un GBF qui délivre une tension sinusoïdale. Les deux microphones sont reliés aux voies A et B d’un oscilloscope : - Coefficient de sensibilité horizontale : Coefficient de sensibilité verticale sur les 2 voies : - On obtient les oscillogrammes ci-contre : Remarque : pour faciliter la lecture, les deux courbes ont été décalées par rapport à l’axe médian. 1. Attribuez les deux signaux (haut et bas) aux micros n°1 et n°2. Justifiez votre réponse. 2. Déterminez les périodes et fréquences des deux signaux. 3. Calculez le retard temporel τ entre les signaux reçus en et . 4. En admettant que la célérité du son est , quelle est la distance minimum d entre et . 5. En supposant que la distance d précédente est la distance réelle entre les micros, on éloigne un peu le micro n°2 pour obtenir, sur l’écran de l’oscilloscope, deux courbes en phase .soit la nouvelle position de ce micro aQuel est le retard temporel entre les signaux reçus par les deux microphones ? bCalculer la distance séparent alors et . à quelle grandeur physique peut-on associer cette distance ? justifiez votre réponse 6. La fréquence de la tension délivrée par le GBF est divisée par deux. calculer la longueur d’onde de l’onde sonore émise par le haut-parleur. Exercice 6: Onde sonore ( SR 2BACSVTP2018 ) Pour déterminer la célérité d’une onde ultrasonore de fréquence N dans deux milieux différents, on utilise un dispositif constitué d’un émetteur E et d’un récepteur R fixés aux extrémités d’un tube. E et R sont reliés à un oscilloscope. Données : * Distance émetteur - récepteur : D ER 1 m; N 40 kHz . 1. L’onde ultrasonore est-elle une onde longitudinale ou transversale? Pr.ADAM Nid-bella Programme Physique-Chimie 2-BACPMVA-1
