Ondes et particules - Vadepied élèves TS

Ondes et particules :
 QCM
Cet exercice est un questionnaire à réponses ouvertes courtes. A chaque question peuvent cor-
respondre aucune, une ou plusieurs propositions exactes.
 Ondes infrarouges
Les éléphants émettent des infrasons (dont la fréquence est inférieur à 20Hz). Cela permet de com-
muniquer sur de longues distances et de rassembler. Un élephant est sur le bord d’une étendue
d’eau et desire indiquer à d’autres éléphants sa présence. Pour cela, il émet un infrason. Un autre
éléphant situé à une distance L = 24,0 km, reçoit l’onde au bout d’une durée Δt = 70,6 s.
1. La valeur de la célérité de l’infrason dans l’air v est :
a. v = 34,0 km.s-1
b. v = 340 km.s-1
c. v = 340 m.s-1
 Ondes à la surface de l’eau
Au laboratoire, on dispose d’une cuve à ondes contenant de l’eau immobile à la surface de laquelle
flotte un petit morceau de polystyrène. On laisse tomber une goutte d’eau au-dessus de la cuve, à
l’écart du morceau de polystyrène. Une onde se propage à la surface de l’eau.
2. Cela correspond :
a. A une onde mécanique
b. A une onde longitudinale
c. A une onde transversale
3. L’onde atteint le morceau de polystyrène.
a. Celui-ci se déplace parallèlement à la direction de propagation de l’onde.
b. Celui-ci se déplace perpendiculaire à la direction de propagation de l’onde.
c. Celui-ci monte et descend verticalement.
 Ondes le long d’une corde
L’extrémité gauche d’une corde est reliée à un vibreur effectuant des oscillations sinusoïdales entre-
tenues à partir d’un instant de date t0 = 0s.
Les graphiques 1 et 2 représentent l’état de la corde à une date donnée. Les élongations y et les abs-
cisses x sont graduées en cm. On néglige tout amortissement.

4. Le graphique 2 ci-dessus permet de déterminer la valeur numérique de la longueur d’onde λ,
soit :
a.  = 20 cm
b.  = 30 cm.
c.  = 46 cm.
5. A partir des graphiques 1 et 2, la période temporelle T vaut
a. T = 30 ms.
b. T = 60 ms.
c. T = 18 ms.
6. La célérité de l’onde dans la corde est :
a. v = 4,0 m.s-1.
b. v = 10,0 m.s-1.
c. v = 15,0 m.s-1.
 Ondes lumineuses
7. La propagation de la lumière visible :
a. montre que c’est une onde mécanique.
b. s’effectue avec une célérité plus petite dans l’eau que dans le vide (indice de réfraction
de l’eau n = 1,3).
c. s’effectue avec la même célérité, dans un milieu dispersif donné, quelle que soit la fré-
quence de la radiation
8. La lumière rouge :
a. correspond à des longueurs d’onde plus grandes que celles de la lumière bleue.
b. se situe dans un domaine de fréquences plus petites que celles du domaine de
l’infrarouge.
c. est moins énergétique que la lumière bleue.

 Correction
1. c)   
  m.s-1
2. a) et c) Une onde de surface est la propagation d’une perturbation écrite par une variable
mécanique : il n’y a pas de transport de matière, mais uniquement d’énergie. Cette propaga-
tion se fait le long de la surface libre calme, alors que la déformation lui est perpendiculaire :
l’onde est donc transversale.
3. b) et c) Le solide se déplace suivant la verticale, soit de haut en bas et de bas en haut, per-
pendiculairement à la direction de propagation.
4. b) La longueur d’onde est obtenue en mesurant la période spatiale de l’onde, soit ici 30 cm
(distance consécutive entre deux maxima ou deux minima par exemple).
5. b) Le graphique 1 montre qu’au bout de t1 = 30 ms, la distance parcourue par l’onde corres-
pond à une demi-longueur d’onde, soit 15 cm. La durée nécessaire au parcours d’une lon-
gueur d’onde est donc T = 2t1 =     ms.
On peut aussi retrouver T à partir du graphique 2 : 1,5 longueur d’onde est parcourue en un
temps t2 = 90 ms, donc une longueur d’onde est parcourue en :
  ms
6. a)   
   m.s-1.
7. b) La lumière est une onde électromagnétique et non mécanique, dont la célérité dépend de
l’indice du milieu. Par définition de n, la vitesse de propagation de l’onde dans un milieu est
telle que  
, avec cvide la vitesse de la lumière dans le vide. Si n > 1, alors vmi-
leu<cvide. Dans un milieu dispersif, la vitesse de l’onde dépend de sa fréquence.
8. a) et c) La lumière rouge correspond à de plus faibles fréquences et donc de plus grandes
longueurs d’onde que celle de la lumière bleue.
E=hv, donc l’énergie est proportionnelle à la fréquence : les rayonnements rouges sont donc
moins énergiques que les bleus. Le domaine de l’infrarouge, comme son nom l’indique, cor-
respond à un domaine de fréquences plus petites que celles de la lumière rouge.