Devoir maison 3

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P4 : Définir et distinguer une onde sonore et une onde électromagnétique
En 1885, Heinrich Hertz réalise l’expérience suivante : il provoque des oscillations électriques entre les deux
bornes d’un éclateur (deux électrodes séparées par de l’air). Il détecte alors des étincelles aux bornes d’un anneau
métallique presque refermé placé quelques dizaines de mètres plus loin : un courant électrique a été produit dans
l’anneau. Cette expérience ne peut s’expliquer que par la propagation d’une onde électromagnétique dont l’existence
avait été prévue quelques années auparavant.
Lorsqu’on lui demanda les applications de cette découverte, Hertz répondit qu’il n’y en aurait pas, et pourtant la
télécommunication sans fil était née.
1) Quel est ici le phénomène à l’origine des ondes électromagnétiques ? Qui est l’émetteur ? le récepteur ?
(1,5 points)
2) L’expérience de Hertz aurait-elle été possible sous vide ? (0,5 point)
3) Expliquer la dernière phrase du texte, en recherchant les appareils de télécommunication qui utilisent des
ondes électromagnétiques. (0,5 point)
P5 : Connaître une valeur approchée de la vitesse du son dans l’air
P6 : Connaître une valeur de la vitesse de la lumière dans le vide (ou dans l’air)
La première tentative de mesure précise de la vitesse
du son dans l’eau est due à J. D. Colladon et C. Sturm, en
1827 sur le lac Léman. Pour cela, ils avaient immergé une
cloche et un marteau, suspendus à une barque. A l’instant
où le marteau frappait la cloche, une mèche allumée
tombait sur un tas de poudre qui s’enflammait. A 13,50 km
de là, dans une seconde barque, un observateur guettait
l’arrivée du son grâce à un cornet (à droite sur la gravure)
plongé dans l’eau du lac, l’œil fixé sur l’autre barque.
La valeur trouvée fut de 1435 m.s-1 à la température
de 8 °C.
1) Quelle est la durée de la propagation du son dans l’eau entre les deux barques ? (1 point)
2) Quel signal marque l’instant de l’émission du son pour l’observateur ? (0,5 points)
3) a) Rappeler la valeur de la vitesse de la lumière dans l’air. (0,5 points)
b) En déduire la durée de propagation du signal lumineux entre les deux barques. (1 point)
4) Si la distance est trop grande la personne situé sur la seconde barque ne perçoit aucun son. Expliquer
pourquoi. (0,5 points)
P7 : Identifier les phénomènes de réflexion et de réfraction
Un rayon lumineux pénètre dans un prisme en verre perpendiculairement à l’une de ses faces. La section du prisme est
un triangle rectangle isocèle.
1) Pourquoi le rayon n’est-il pas dévié en entrant dans le prisme ? (0,5
points)
2) Identifier l’angle d’incidence au point I et donner sa valeur. (1 point)
3) Il y a réflexion totale au point I, à partir d’un angle égal à 42°. La lumière
est-elle totalement réfléchie en I ? (0,5 points)
4) Terminer le tracé de la marche du rayon lumineux jusqu’à sa sortie du prisme. (1 point)

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Exercice de synthèse
La chauve-souris possède un véritable sonar naturel :
elle émet des impulsions sonores, de fréquence pouvant
atteindre 100 kHz, qu’elle réceptionne après réflexion sur les
obstacles.
Une chauve-souris émet une impulsion sonore alors
qu’elle se trouve à 2,0 cm d’un mur et qu’elle se déplace
vers cet obstacle avec une vitesse de 5,0 m.s-1.
1) Quel type d’ondes sonores une chauve-souris émet-elle ? (0,5 points)
2) Si, une fois l’impulsion sonore émise, la chauve-souris continuait son vol en ligne droite horizontalement, au
bout de combien de temps atteindrait-elle le mur ? (1 point)
3) Au bout de quelle durée reçoit-elle un écho ? (La vitesse de l’onde est telle qu’on peut supposer que la
chauve-souris n’a quasiment pas avancé entre l’émission et la réception). (1 point)
4) Peut-elle éviter le mur, sachant que par réflexe naturel son temps de réaction est de 100 ms ? (0,5 points)
Méthode pour rédiger un calcul
1) Enoncer le calcul que l’on effectue.
2) Donner la formule utilisée et expliciter la signification de chaque
terme.
3) Isoler la grandeur que l’on désire obtenir en faisant les calculs ligne
après ligne.
4) Faire l’application numérique (AN) en vérifiant toutes les unités.
5) Faire attention aux chiffres significatifs du résultat.
6) Ne pas oublier l’unité du résultat.
7) Encadrer ou souligner votre résultat.
8) Conclure le calcul par une phrase.