Applications des ultrasons

Applications des ultrasons
1. Une voiture est équipée d’un système comportant un émetteur et un récepteur d’ultrasons placés côte à côte
à l’arrière du véhicule. Lors de la marche arrière, une salve ultrasonore est envoyée sur un obstacle ; l’écho
est détecté par le récepteur 9,0ms après l’émission.
A quelle distance se trouve l’obstacle de la voiture ?
2. Détermination du relief des fonds marins
Un sondeur acoustique classique est composé d’une sonde comportant un émetteur et un récepteur d’onde
ultrasonore de fréquence f = 200 kHz et d’un boîtier de contrôle ayant un écran qui visualise le relief des
fonds sous-marins.
La sonde envoie des salves d’ultrasons verticalement en direction du fond à des intervalles de temps
réguliers ; cette onde ultrasonore se déplace dans l’eau à une vitesse constante veau (On prendra veau =
1,50×103 m.s-1). Quand elle rencontre un obstacle, une partie de l’onde est réfléchie et renvoyée vers la
source.
Un bateau se déplace en ligne droite suivant un axe x’x en explorant le fond depuis le point A xA = 0 m
jusqu’au point B xB = 50 m (figure 2). Le sondeur émet des salves d’ultrasons à intervalles de temps égaux, on
mesure à l’aide d’un oscilloscope la durée t séparant l’émission de la salve de la réception de
son écho. Les résultats des mesures de Δt en fonction de la position x du bateau sont représentés sur un
graphe figure 3.
A partir des données ci-dessus, compléter le
graphe ci-dessous en représentant la
profondeur p du fond marin balayé par le
bateau entre les points A et B.
Expliquez vos résultats.
3. Lors d’un orage, la foudre tombe à 5,0km d’un promeneur. L’éclair et le tonnerre sont émis simultanément au
moment où la foudre tombe.
a. Au bout de combien de temps le promeneur verra-t-il l’éclair ?
b. Au bout de combien de temps entendra-t-il le tonnerre ?
c. Justifier la technique qui consiste à compter les secondes entre l’éclair et le tonnerre et à les diviser par 3
pour obtenir la distance (en kilomètres) à laquelle la foudre est tombée.
On donne : vson = 333m.s-1 vlumière = 3,0×108m.s-1

Correction
1. Calcul de la distance parcourue par la salve pendant la durée Δt :
A partir de la définition de la vitesse : D = v × Δt
Or La salve parcourt l’aller-retour donc : d = 1/2. D
On a donc : d = ½ . v.Δt
A.N. d = ½×333×9,0×10-3 = 1,5 m
2. On calcule la distance parcourue par les salves :
D = veau . Δt
La profondeur du fond marin correspond à la moitié de cette distance :
p = 1/2 . veau . Δt
A.N. : pour Δt = 20ms p = 15m
Pour Δt = 60ms p = 45m
3. Orage :
a. Durée au bout de laquelle l’observateur voit l’éclair :
A partir de la définition de la vitesse : Δt = d / vlumière
A.N. Δt = 5,0×103 / 3,0×108 = 1,7×10-2s soit environ 170ms
b. Durée au bout de laquelle l’observateur voit l’éclair :
A partir de la définition de la vitesse : Δt = d / vson
A.N. Δt = 5,0×103 / 333 = 15s
On peut remarquer que 170ms est négligeable devant 15s ; on peut donc considérer que
l’observateur voit instantanément l’éclair au moment où ma foudre tombe.
c. A partir de la définition de la vitesse :
d = v . Δt
Avec v = 333m.s-1 soit 0,333 km.s-1 ce qui est égale à 1/3 km.s-1
On peut donc écrire : d = 1/3. Δt = Δt / 3
Le « truc » du grand père est vérifié.