Émission, propagation et réception des signaux

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Émission, propagation et réception des signaux
Nos yeux, nos oreilles sont des récepteurs
qui ont un rôle déterminant dans notre capacité
à communiquer. Ils récupèrent un signal qui
se propage (comme la lumière ou les sons)
émis par une source (émetteur).
La transmission d’un signal passe par trois
composantes : émission – propagation
dans un milieu – réception.
!
Des spectateurs attentifs.
?
<
Dans les situations
présentées,
peux-tu identifier
ces composantes ?
!
Un cycliste attend que le feu
passe au vert.
Ta démarche
1. Identifie l’émetteur, le récepteur, le milieu et
la nature du signal transmis sur ces photos.
2. Sous quelle forme le signal est transmis ici ?
3. Trouve d’autres exemples de signaux utilisés
pour échanger des informations à distance,
dans l’Histoire et de nos jours. Analyse-les sur
le principe des questions 1 et 2.
« Sans récepteur adéquat et en bon état
de fonctionnement, un signal peut passer
inaperçu.»
Regarder les éclairs pendant un orage est toujours
un spectacle féerique et fascinant.
Ce « chasseur » d’éclairs n’est pas encore mouillé
et pourtant il sait que l’orage se rapproche, grâce
aux signaux reçus par le tonnerre et les éclairs.
Comment peut-il savoir quelle distance le sépare
de l’orage ?
Une étude comparative des signaux lumineux et
sonores va te permettre de comprendre.
2
Optique : de la lumière aux images
?
<
Peux-tu commenter
cette affirmation ?
Ta démarche
1. Utilise le dessin pour faire ton
commentaire.
2. Trouve d’autres exemples dans la vie
quotidienne de telles situations.
optique
ACTIVITÉ
1
Connaître quelques propriétés des signaux sonores
A Étudier le milieu* de propagation des signaux
INVESTIGATION
Dans cette scène du film Star Wars, les spectateurs sont subjugués
par le bruit de l’explosion. Pourtant, les scientifiques savent que,
dans l’espace ou le vide, il ne règne qu’un éternel silence.
?
<
Comment pourrais-tu prouver
qu’un son ou un bruit ne peut pas
se propager dans le vide ?
EXPÉRIENCE
C Mesurer la valeur de la vitesse du son dans l’air
Objectif : La vitesse de propagation du son dans l’air est égale à 340 m/s. Pour le vérifier,
nous allons mesurer le temps écoulé entre la réception d’un même signal sonore
par deux microphones, placés plus ou moins loin de l’émetteur. Pour cela, nous
allons utiliser un oscilloscope (que tu découvriras en 3e).
<
Je réalise une expérience
Ta démarche
●
●
INVESTIGATION
?
<
Propose une hypothèse : Indique une liste
de matériel incluant une cloche à vide et un
protocole expérimental pour vérifier ton
hypothèse.
Réalise une expérience : Attends la validation de ton professeur pour vérifier ton
hypothèse.
Conclus : Quels sont les signaux qui
ont besoin d’un milieu matériel* pour
se propager ?
!
●
a. Dispositif expérimental.
B Milieu et vitesse de propagation d’un signal sonore
Cette situation te paraît-elle
correcte au niveau
scientifique ?
Argumente ta réponse.
!
b. Exemple d’enregistrement
avec une distance de 1 m entre
les deux microphones.
Horizontalement, un carreau correspond à 0,5 ms
Ta démarche
●
●
●
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Propose une hypothèse : Réfléchis
aux milieux dans lesquels se
propagent les signaux.
Fais des recherches sur Internet :
Sélectionne les bonnes données
pour valider ta réponse.
Conclus : Donne des exemples de
milieux dans lequel le son peut se
propager. Sa vitesse de propagation
est-elle la même dans tous ces
milieux ?
Optique : de la lumière aux images
<
J’exploite les résultats
Observe
1. À partir de l’enregistrement, détermine la durée
écoulée en t1 et t2.
Interprète
2. Calcule la vitesse de propagation du son en utilisant
la relation v = dt (voir p. 167).
Mini-dico
Conclus
3. Compare la vitesse du son dans l’air à celle de la lumière.
4. Quel pourrait être l’intérêt d’utiliser un signal lumineux
plutôt que sonore pour transmettre un signal ?
Milieu : ce qui se trouve entre l’émetteur
et le récepteur ; cela peut être un milieu
matériel (eau, air, métal…) ou le vide.
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ACTIVITÉ
2
Les dangers associés aux signaux sonores
Nos oreilles sont des récepteurs précieux mais fragiles ! Il faut donc connaître
les limites de ce qu’elles peuvent supporter et ne jamais les dépasser.
<
J’étudie des documents
Les ondes sonores captées par l’oreille externe font vibrer le
tympan. Les osselets de l’oreille moyenne amplifient ces
vibrations et les transmettent à l’oreille interne, où la cochlée
les transforme en signaux électriques vers le cerveau le long du
nerf auditif.
! c. Fonctionnement de notre récepteur de sons.
L’oreille est sensible aux sons dont la fréquence est comprise
entre 20 Hz (sons graves de basses fréquences) et 20 000 Hz
(sons aigus de hautes fréquences).
Sur les photos ci-dessous, on peut observer les méfaits d’un son
de 115 dB pendant 30 min sur les cellules en forme de cils de
l’oreille interne.
! b. Échelle d’intensité sonore. Les vibrations
sonores transportent une certaine quantité
d’énergie. L’intensité sonore, exprimée en décibels (dB), est définie à partir de cette énergie :
une augmentation de 10 dB correspond à une
multiplication par 10 de l’énergie transportée.
<
! d. Sensibilité de l’oreille.
J’exploite les documents
Analyse
1. Précise les caractéristiques associées à un son.
2. Propose une définition des seuils de douleur et d’audibilité.
3. La rétine transforme un signal lumineux en signal électrique.
Quelle partie de l’oreille transforme un signal sonore en signal électrique ?
4. Calcule le rapport entre l’énergie émise par un baladeur à puissance
maximale et celle d’un chuchotement. Conclus.
Conclus
5. Quelles conséquences graves peut avoir un son trop intense ?
Comment peut-on se protéger de ce danger ?
! a. Affiche de prévention publiée par l’Association de prévention des traumatismes auditifs.
6
Optique : de la lumière aux images
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EXERCICES
L’ESSENTIEL
➜ par l’image
1 Vitesse du son
Le son du tonnerre met 3 secondes environ pour parcourir
1 kilomètre.
➜ Justifie physiquement cette affirmation.
2
5 Un peu d’histoire
➜ Cherche quelques expériences historiques ayant
permis de mesurer la vitesse du son. Tu pourras
utiliser Internet ou te documenter au CDI.
Défi : le téléphone avec fil
1. En utilisant Internet, recherche comment fabriquer un
téléphone avec deux gobelets et de la ficelle.
2. Identifie la nature du signal, l’émetteur, le récepteur,
le milieu de propagation.
6 Conséquences d’un son
Le graphe ci-dessous correspond à la sensibilité de l’oreille
d’une personne exposée à un son de 115 dB pendant
30 minutes.
3 D’autres signaux invisibles et inaudibles
➜ Sachant que les fréquences les plus élevées
➜ par le texte
➜
➜
➜
➜
8
Un signal (lumineux, sonore, électrique...) transmet des
informations en trois étapes :
– un émetteur (écran, voix...) envoie le signal ;
– ce signal se propage dans le milieu environnant ;
– un récepteur (œil, oreille, microphone...) le reçoit.
Chaque élément doit être adapté au signal, sinon la
transmission de l'information est impossible.
1. Comment s’appellent ces objets ? À quoi servent-ils ?
2. À quels types de signaux sont-ils sensibles ?
4
communiquer entre eux ?
Décris la chaîne de communication.
ce pour
Une expérien
comprendre
Mots nouveaux
Émetteur : dispositif qui envoie
des signaux.
Le son se propage à une vitesse bien inférieure à celle de
la lumière : 340 m/s dans l'air (mais 5 à 10 fois plus vite
dans les liquides et les solides).
Signal : phénomène physique
transmettant une information.
Optique : de la lumière aux images
Communication dans l’eau
➜ Comment les dauphins peuvent-ils
Le son se propage dans les milieux matériels (air, eau,
métaux...) mais ne peut pas se propager dans le vide,
contrairement à la lumière.
L'oreille est un récepteur fragile, qui peut être gravement
endommagé par des sons trop forts.
correspondent à des sons aigus, explique cet
enregistrement.
Récepteur : dispositif qui reçoit
des signaux.
Milieu de propagation : ce qui se
trouve entre l’émetteur et le récepteur ;
cela peut être un milieu matériel (eau,
air, métal…) ou le vide.
Fixe un morceau de ballon en caoutchouc bien tendu sur un
verre, en utilisant un élastique. Ajoute quelques grains de
sables sur cette membrane.
1. Comment peux-tu faire bouger ces grains
de sable sans toucher le verre ni la table ?
Indice : pense à l’instrument de travail
des chanteurs.
2. Que permet d’illustrer cette expérience ?
3. Qu’est ce qui modélise le tympan dans
cette expérience ?
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