ONDes et paRtiCULes Chapitre 1 A. Le programme

Chapitre 1
Ondes et particules
A. Le programme
Notions et contenus
Compétences exigibles
Rayonnements dans l’Univers.
Absorption de rayonnements par l’atmosphère
terrestre.
Extraire et exploiter des informations
sur l’absorption de rayonnements par
l’atmosphère terrestre et ses conséquences
sur l’observation des sources de
rayonnements dans l’Univers.
Connaître des sources de rayonnement radio,
infrarouge et ultraviolet.
Les ondes dans la matière.
Houle, ondes sismiques, ondes sonores.
Magnitude d’un séisme sur l’échelle de
Richter.
Extraire et exploiter des informations sur les
manifestations des ondes mécaniques dans la
matière.
Niveau d’intensité sonore.
Détecteurs d’ondes (mécaniques et
électromagnétiques) et de particules
(photons, particules élémentaires ou non).
Connaître et exploiter la relation liant le niveau
d’intensité sonore à l’intensité sonore.
Extraire et exploiter des informations sur :
– des sources d’ondes et de particules et leurs
utilisations ;
– un dispositif de détection.
Pratiquer une démarche expérimentale mettant
en œuvre un capteur ou un dispositif de
détection.
✔✔ Commentaires
© Éditions Belin, 2012
Les formules et les connaissances sont peu nombreuses, le programme se focalisant sur des
compétences de type « extraire et exploiter ».
Le choix des systèmes étudiés est laissé à la libre appréciation de l’enseignant. Le programme
impose :
– une recherche documentaire sur une source d’onde/particules depuis l’espace et son interaction avec l’atmosphère (cf. activité 1 « Quelques sources astronomiques ») ;
– une recherche documentaire sur un type d’ondes mécaniques (cf. activité 2 « La houle océanique » et activité 3 « Intensité et niveau sonore ») ;
– une recherche documentaire sur une source d’onde/particules et un détecteur (cf. activité 4
« Principe d’un sismomètre ») ;
– une étude expérimentale d’un capteur (cf. activité 4).
1. Ondes et particules
5
B. La démarche adoptée dans le manuel
Plan
La séparation en trois points s’est faite selon le plan suivant :
– 1.1 Ondes mécaniques
– 1.2 Ondes sonores
– 1.3 Rayonnements
bien que les ondes acoustiques soient un cas particulier d’ondes mécaniques.
Notions
Le cœur du chapitre tient aux contenus suivants :
– le concept d’onde (déplacement limité dans l’espace de la matière versus propagation à
grande distance) ;
– la différence entre ondes transversales et longitudinales ;
– la différence entre ondes mécaniques (qui nécessitent de la matière pour se propager) et électromagnétiques ;
– les sources et les détecteurs des ondes ;
– la mesure de l’importance des ondes, en particulier à travers les échelles logarithmiques
(Richter et niveau sonore).
Positionnement scientifique
– Aucune distinction n’est faite entre « acoustique » et « sonore ».
– Ondes et particules sont véritablement proches, le programme laissant entendre plus loin
(chapitre 10) que ce sont en quelque sorte les deux faces d’une même médaille.
Déroulé
– L’échelle logarithmique du niveau sonore n’étant pas très facile à appréhender, l’activité 3 (de
modélisation) permet aux élèves de s’exercer avec ce concept difficile.
– L’enseignant pourra tirer profit des exercices « Extraire et exploiter » sur d’autres types
d’ondes et les utiliser s’il le désire comme activités documentaires.
C. Commentaires sur les activités et documents proposés
CCS’interroger p. 12
L’intensité sonore double si on double le nombre de haut-parleurs : cela revient à augmenter de
3 dB le niveau sonore.
CCActivité 1 p. 14
Cette activité centrée sur l’interview d’une chercheuse permet aux élèves de découvrir la grande
diversité des sources astronomiques.
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✔✔ Réponses aux questions
1. a. La plupart des étoiles émettent principalement dans le visible, l’UV et le proche IR.
b. Le rayonnement émis par les astres ne nous parvient pas toujours car il est absorbé par les
poussières constitutives des nébuleuses.
6
Livre du professeur
2. La source du rayonnement de l’espace est :
a. dans le proche infrarouge : les étoiles ;
b. dans l’infrarouge moyen : les poussières des nébuleuses proches d’une étoile ;
c. dans l’infrarouge lointain : les poussières des nébuleuses loin d’une étoile donc plus froides
que les précédentes (poussière des cocons protostellaires, des nuages moléculaires froids).
3. La vue de la nébuleuse de la Rosette est en « fausses couleurs » car le rayonnement IR est…
invisible ! Trois clichés ont été pris, l’un à 70 m converti en niveaux de rouge, l’autre à 160 m,
converti en niveaux de vert, le dernier à 250 m, converti en niveaux de bleu. La superposition
des trois images colorées donne le doc. 2.
4. Domaines de températures associées à un rayonnement :
a. dans le visible : 3,87 · 103 K < T < 7,25 · 103 K ;
b. dans le moyen infrarouge : 58 K < T < 290 K ;
c. dans le lointain infrarouge : 9,7 K < T < 58 K.
5. On ne peut voir directement l’infrarouge. Pour l’auteure, il s’agit d’images obtenues grâce
aux instruments et à leurs détecteurs, comme celle reproduite doc. 2 du manuel.
6.
UV
Visible
0,4
Proche IR
0,75
Étoiles
Moyen IR
10
IR lointain
50
300
O (Pm)
Poussières des nébuleuses
Proches
Loin
d’une étoile
Activité 2 p. 15
La houle permet aux élèves de distinguer le mouvement de l’eau, limité dans l’espace, du déplacement à grande distance de la vague. La vitesse des particules et la célérité de l’onde sont
aussi très différentes.
✔ Réponses aux questions
1. Les particules d’eau situées en surface se déplacent horizontalement sur une distance égale
au diamètre de leur trajectoire circulaire, soit la hauteur des vagues. Elles n’emportent donc pas
un objet flottant : celui-ci se déplace dans une zone limitée.
2. La direction de propagation des vagues sur le schéma se fait dans le sens de gauche à droite
car « l’eau de la crête avance dans la direction de la vague ».
3. Les particules d’eau peuvent avoir une vitesse dirigée verticalement et même en sens inverse
du sens de propagation des vagues au creux de celles-ci.
4. a. La hauteur des vagues est de 1,00 m, car le diamètre d’une orbite circulaire à la surface de
la mer est égal à la hauteur de la vague.
2R 2´0,500
=
= 1,05 m⋅ s-1 = 3,78 km⋅ h-1 .
b. La vitesse des particules d’eau en surface est :
T
3,00
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5. La vitesse des particules d’eau en surface est différente de la vitesse de propagation des
vagues.
6. a. Il n’y a pas de déplacement de matière à grande échelle, seulement localement.
b. C’est le mouvement des particules d’eau qui se propage, c’est-à-dire la vague.
c. Les vitesses de la matière et de l’onde sont différentes.
1. ONDES ET PARTICULES
7
Activité 3 p. 16
L’activité permet, à partir d’un article et d’un tableau de valeurs, de passer de l’intensité au
niveau sonore.
✔ Réponses aux questions
1. P  106  0,01  0,01  1010 W.
2. a. La sensation auditive n’est pas proportionnelle à l’intensité sonore.
b. De 50 à 70 dB, la variation de sensation auditive est la même que de 100 à 120 dB : « la
recherche d’impressions fortes nous conduit donc rapidement vers les limites de résistance des
fragiles cils cochléens ».
3.
A  10 et I0  1012 W · m2.
æ I ö÷
æ I ö÷
æ I ö÷
I
ç2
ç1
ç2
4. a. La variation de L est L = 10log ççç ÷÷÷-10log ççç ÷÷÷ = 10log ççç ÷÷÷ avec 2 = 10 dans les deux
è I1 ø
I1
è I0 ø
è I0 ø
cas donc L  10 log(10).
b. Comme L  0 dB au seuil de détection, la sensation auditive est proportionnelle au niveau
sonore L.
⎧⎪
⎛ I ⎞⎟ ⎪⎪I et I0 en W · m−2
⎜
⎟
avec I0  1012 W · m2. L’intensité sonore mesure la
5. L = 10log ⎜ ⎟ ⎪⎨
⎜⎜⎝ I0 ⎠⎟ ⎪⎪
⎪⎪⎩L en dB
puissance par unité de surface et la sensation auditive est proportionnelle au niveau sonore.
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Activité 4 p. 17
Cette activité propose de réaliser un sismomètre vertical avec du matériel disponible dans les
collections de physique des lycées. Il est fondé sur l’induction électromagnétique, une notion
qui n’est bien évidemment pas abordée en TS.
8
LIVRE DU PROFESSEUR
Matériel
2 bobines identiques de 500 spires chacune, un oscilloscope numérique, une potence rigide,
un ressort vertical accroché à la potence, une petite masse munie d’un crochet, un aimant
droit accroché (magnétiquement par exemple) au crochet, une règle graduée.
✔ Réponses aux questions
1. Lorsqu’une onde sismique fait bouger le sol, le mouvement de l’aimant est celui du sol. Or
la bobine est fixée au bras sur lequel se trouve une masse importante. Du fait de cette masse,
le bras n’est donc pratiquement pas mis en mouvement par la force exercée par le ressort de la
suspension.
2. L’aimant solidaire du sol se déplace par rapport aux bobines : la vitesse relative de l’aimant
par rapport à la bobine n’est donc pas nulle. Il s’établit alors une tension électrique non nulle
qui permet de détecter les vibrations verticales du sol.
3. Dans l’expérience, il est possible de détecter à l’oscilloscope le mouvement relatif de l’aimant
par rapport aux bobines. C’est sur ce principe que repose le fonctionnement du sismographe.
4. Le document ci-dessous représente Vmax en fonction de A et la modélisation linéaire Vmax  k A
avec k =(12,2 + 0,7) V · m1, k en V · m1.
Vmax (V)
0,6
0,4
0,2
0
10
20
30
40
50
A (mm)
Vmax 0,250
=
= 2,05 cm .
k
12,2
6. Le sismomètre est constitué d’un aimant qui reproduit le mouvement vertical du sol et d’une
bobine. Le dispositif est conçu pour que cette bobine demeure relativement immobile. Le
mouvement de l’aimant produit un signal électrique dans la bobine. L’enregistrement de ce
signal donne accès à l’amplitude A verticale de la secousse sismique.
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5. A =
1. ONDES ET PARTICULES
9
D. Déroulement du cours
Les auteurs proposent la progression suivante :
Cours de 1 h en classe entière
• Activité 2, partie 1.1 – Ondes mécanique  un des
exercices de la partie 1.1.
Séance de travaux pratiques
de 1 h en demi-groupe
• Activité 4.
Cours de 1 h en classe entière
• Activité 3, partie 1.2 – Ondes sonores  un des exercices de la partie 1.2.
Cours de 1 h en classe entière
• Activité 1, partie 1.3 – Rayonnements  un des exercices de la partie 1.3.
E. Réponses aux exercices p. 22
Les réponses aux exercices qui ne figurent pas
ici sont à la fin du manuel, p. 328.
3 1. Il existe une zone de compression qui
se propage de droite à gauche.
2. C’est une onde mécanique car elle nécessite le ressort pour se propager.
2. Oui, c’est une onde mécanique progressive
puisqu’une perturbation se propage de proche
en proche dans un milieu matériel. Cette onde
est transversale car le déplacement temporaire
de matière est perpendiculaire à la direction de
propagation de la perturbation.
3. Il s’agit d’une onde longitudinale car la
déformation se fait dans la direction de la
propagation, c’est-à-dire du ressort.
3. La même énergie se répartit sur des cercles
de rayon de plus en plus grand, donnant ainsi
une amplitude de la perturbation de plus en
plus petite.
4. On pourrait montrer qu’il n’y a pas de transport de matière par exemple en colorant en
blanc une spire du ressort et en vérifiant que
cette spire reprend sa position.
6 1. Il s’agit d’une onde mécanique progressive transversale.
2.
4 1. Il existe une zone de déformation qui
se propage de gauche à droite.
2. C’est une onde mécanique car elle nécessite la corde pour se propager.
3. Il s’agit d’une onde transversale car la déformation se fait orthogonalement à la direction
de la propagation, c’est-à-dire de la corde.
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4. On pourrait montrer qu’il n’y a pas de transport de matière par exemple en peignant en
blanc une partie de la corde et en vérifiant que
cette partie reprend sa position.
5 1. Il s’agit d’une vague circulaire dont
le centre est le point d’impact du caillou sur
l’eau.
10
LIVRE DU PROFESSEUR
3. L’onde ne transporte pas de matière mais
de l’énergie.
4. En faisant une série de photos successives
du milieu, de façon à voir par exemple dans
quelle direction se déplace le point d’altitude
maximale.
7 1. La magnitude de ce séisme :
æ 2,5⋅ 107 y ÷ö
0 ÷ = log 2,5⋅ 107 = 7,4
M = log ççç
÷÷÷ø
çè
y0
(
(sans unité).
)
æy
ö
ymax
ç max ÷÷
= 10M .
2. M = log çç
soit
÷
÷
çè y 0 ø
y0
Finalement ymax  10M y0.
ymax
= 10M ,
3. D’après la question précédente
y0
y
d’où max = 109,5 = 3,2⋅ 109 (sans unité).
y0
4. Soient M1 et M2 les magnitudes correspondant aux deux amplitudes.
⎛y
⎞
⎛y
⎞
M1 = log ⎜⎜⎜ max1 ⎟⎟⎟ et M2 = log ⎜⎜⎜ max2 ⎟⎟⎟.
⎜⎝ y 0 ⎠⎟
⎜⎝ y 0 ⎠⎟
⎛y
⎞⎟
⎛y
⎞⎟
D’où M2 − M1 = log ⎜⎜⎜ max2 ⎟⎟− log ⎜⎜⎜ max1 ⎟⎟
⎝⎜ y 0 ⎠⎟
⎝⎜ y 0 ⎠⎟
⎛y
⎞⎟
= log ⎜⎜⎜ max2 ⎟⎟.
⎝⎜ ymax1 ⎠⎟
ymax2
= 10 ; d’où M2  M1  log(10)  1 : la
Or
ymax1
magnitude a augmenté de 1 (« une unité »).
11 1. a. Lors du passage d’une onde sonore
dans de l’air au repos (sans vent), le fluide
bouge car le son crée des zones de compression et de détente du gaz.
b. La direction de la vitesse du fluide est celle
de la propagation du son, car l’onde est longitudinale.
2. Un niveau sonore L  120 dB correspond
à une intensité sonore de 1 W · m2 donc
vmax  71 mm · s1.
12 1. Les variations de U en fonction du
temps traduisent les variations de la position
de la membrane autour d’une position d’équilibre.
2. La membrane vibre à cause du mouvement
de compression-détente de l’air situé à son
contact.
3. La membrane du micro (ou le tympan
de l’oreille) doit pouvoir se déformer à la
fréquence imposée par le son.
13 1. Niveau sonore :
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⎛I⎞
⎛ 0,10 ⎞
L = 0 log ⎜⎜⎜ ⎟⎟⎟ = 10 log ⎜⎜ −12 ⎟⎟⎟ =
⎜
⎟
⎜⎝ I0 ⎠
⎝ 10
⎠
= 110 dB > 80 dB : le seuil de nocivité est
dépassé.
2. Soit I1 l’intensité sonore d’une machine. Le
niveau sonore correspondant est L1  80 dB.
Le niveau sonore de n machines fonctionnant
simultanément est :
⎡ ⎛I ⎞
⎤
⎛ I ⎞
L' = 10 log ⎜⎜⎜n ⋅ 1 ⎟⎟⎟ = 10 ⎢⎢log ⎜⎜⎜ 1 ⎟⎟⎟ + log (n)⎥⎥
⎜⎝ I0 ⎠⎟
⎢⎣ ⎝⎜ I0 ⎠⎟
⎥⎦
d’où
⎛I ⎞
10 log (n) = L' − 10 log ⎜⎜⎜ 1 ⎟⎟⎟ = 110 − 80 = 30 dB
⎜⎝ I0 ⎠⎟
et n  103  1 000 machines !
14 1. La pression de l’air change au passage d’une onde acoustique car le son crée
des zones de compression et de détente du
gaz.
2. a. À un niveau sonore L  130 dB correspond une intensité sonore I   10 W · m2. La
surpression maximale du fluide est
pmax  89 Pa.
b. C’est négligeable devant la pression atmosphérique.
⎛ p2 ⎞⎟
⎛ I ⎞⎟
⎜
c. L = 10 log ⎜⎜⎜ ⎟⎟ = 10 log ⎜⎜ max ⎟⎟⎟.
⎜⎝ 2Zc I0 ⎟⎠
⎝⎜ I0 ⎠⎟
2 ⎞
⎛
⎟⎟
⎜⎜ 3,6 ⋅ 109
⎟⎟
⎜
AN : L = 10 log ⎜⎜
⎟ = 282 dB.
⎜⎜ 2×400×10−12 ⎟⎟⎟
⎟⎠
⎜⎝
d. Non : revoir les exemples de niveaux
sonores p. 16 du manuel.
(
)
15 1. Le niveau sonore est supérieur à 130 dB.
2.
L
A
d
= I = I0 ⋅ 10 10
2
170
-12
⋅ 10 10 = 1,0 kW .
soit A = (0,1) ⋅ 10
2
3. d =
A
L
⋅ 10 10
. La distance minimale du fusil à
I0
laquelle il faut se placer pour être sous le seuil de
1 000
= 10 m.
douleur est : d =
130
10−12 ⋅10 10
19 1. On utilise des ondes électromagnétiques.
2. a. L’émetteur produit une onde électromagnétique, il correspond donc à la boucle reliée
à un générateur.
b. Le récepteur est une boucle fermée sans
générateur.
1. ONDES ET PARTICULES
11
20 1. a. L’air contient de la vapeur d’eau.
b. Le degré d’humidité en mesure la quantité.
c. La vapeur d’eau est invisible à l’œil nu.
2. Un nuage et le brouillard sont des suspensions de fines gouttelettes d’eau liquide ou de
fins cristaux de glace dans l’air.
3. a. Dans une chambre à brouillard, on ne
voit pas les particules mais leur trajectoire.
b. En fait, on visualise des gouttelettes d’eau,
c’est-à-dire un nuage, ou un brouillard limité
le long de la trajectoire des particules.
c. Ce brouillard a donné son nom à la chambre
de Wilson.
4. Lors du passage d’un avion dans le ciel
bleu, il apparaît souvent un nuage le long de
son parcours, dû aux gaz éjectés qui condensent l’eau. Cela permet, comme pour la
chambre à brouillard, de visualiser la trajectoire de l’avion.
21 1. Comme toute onde électromagnétique, les UV transportent de l’énergie.
2. Les UV arrivant sur Terre proviennent essentiellement du Soleil.
3. Si les UV n’étaient pas filtrés par l’atmosphère, il n’y aurait pas de vie possible sur
la Terre car les êtres vivants ne peuvent
supporter de recevoir l’énergie des UV-C.
24 1.a. Le détecteur de fumée optique utilise une onde électromagnétique lumineuse.
b. L’émetteur est une source lumineuse : une
DEL.
c. Le récepteur est un récepteur photo-électrique.
2. a. Le détecteur ionique utilise des particules chargées (ions et électrons). L’émetteur
est une source radioactive (cf. 1re S). Le récepteur est un collecteur d’électrons et d’ions
(anode et cathode).
b.
Courant
Électrode
collectrice
Particules
bêta
+
+
Chambre
-
Particule
ionisée
Source
radioactive
Tension
22 1. Une onde électromagnétique est une
25 1. a. L’incertitude absolue est I.
vibration créée par la présence d’un champ
électrique et d’un champ magnétique ; elle ne
nécessite pas de milieu matériel.
b. L’incertitude relative est
2. Il suffirait de modifier le signal émis (sa
fréquence par exemple) et de voir si celle du
signal reçu l’est aussi.
© Éditions Belin, 2012
trice et réceptrice. Ces dernières exploitent des
ondes électromagnétiques qui se propagent.
3. a. L’onde transporte de l’énergie. C’est
cette énergie qui permet de produire un signal
électrique dans l’antenne réceptrice.
b. La diminution de l’amplitude pourrait provenir
d’une diminution de l’énergie à cause du milieu
matériel existant entre les deux antennes.
c. L’expérience à faire serait de rapprocher les
antennes et d’en étudier les conséquences
sur l’amplitude.
4. Les radios, les téléphones portables, les
systèmes WIFI utilisent des antennes émet-
12
LIVRE DU PROFESSEUR
ΔI
.
I
⎛I⎞
2. a. Le niveau sonore est L = 10 log ⎜⎜⎜ ⎟⎟⎟ et
⎜⎝ I0 ⎠⎟
⎛ I' ⎞
L' = 10 log ⎜⎜⎜ ⎟⎟⎟.
⎜⎝ I0 ⎠⎟
b. L’incertitude absolue :
⎛ I' ⎞
⎛
ΔI ⎞
ΔL = L' − L = 10 log ⎜⎜ ⎟⎟⎟ = 10 log ⎜⎜1+ ⎟⎟⎟.
⎜⎝ I ⎠
⎜⎝
I ⎠
3. a.
DI
I
DL
DI
I
DL
1%
3%
5%
0,043 dB 0,128 dB 0,212 dB
7%
10 %
0,294 dB 0,414 dB
b.
'L (dB)
0,3
0,2
3.
9
10
11
12
7,0
9,0 11,5 14,0
49
63 80,5 98
81
95
109 125
v2 (103) (km2 · h–1)
0,1
Échelle de Beaufort
Hauteur h de la
houle (m)
Longueur L (m)
Vitesse du vent v
(km · h-1)
2
4
6
8
Incertitude (%)
ΔI
avec a  0,042 dB/%.
I
4. ΔI = ΔL = 1 = 24 %.
I
a 0,042
c. ΔL = a
12
0
8
4
26 1. Particules chargées : foudre ; ondes
électromagnétiques : éclair ; ondes sonores :
tonnerre.
2. Le son consiste en la propagation d’une
compression-dilatation de l’air, produite par
le tonnerre.
3. L’éclair peut être rapproché de tous les
dispositifs lumineux à décharge : tube à
décharge, lampes à vapeur, lasers à gaz, etc.
27 1. a. La houle est une onde mécanique : elle
nécessite la surface de l’eau pour se propager.
b.
Surface de l’océan
en présence de houle
Longueur
Surface de l’océan
en absence de houle
h
c. La cambrure est Ca = .
L
h
2. La longueur des vagues est L = = 7 h et
Ca
la vitesse du vent est v = 9d 3 :
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20
40
60
80
100
L (m)
Il s’agit d’une droite :
v2  kL  b avec k  171 km2 · h2 · m1
et b  1,5 · 103 km2 · h2.
4. Si la vitesse de vent est de 50 km · h1 :
a. la « force du vent » dans l’échelle de Beaufort est d = 3
v 2 3 502
=
= 6,5.
9
9
(
)
2
3
v 2 − b 50 − −1,5⋅ 10
=
= 23,4 m
k
171
23,4
soit h =
= 3,3 m.
7
b. L =
28 1. a. Rayons X, IR, UV et bien sûr visible !
b. Il s’agit d’ondes électromagnétiques.
c. Par fréquence croissante : IR, visible, UV, X.
Hauteur
Échelle de Beaufort
Hauteur h de la
houle (m)
Longueur L (m)
Vitesse du vent v
(km · h-1)
0
2. a. Par radiographie, donc les rayons X.
b. L’absence complète des carnations d’un
visage censé avoir été peint au XVe siècle fait
douter de son authenticité.
5
6
7
8
3. a. Les repeints anciens (sous la couche de
vernis) sont visibles grâce aux IR.
b. Les repeints nouveaux (au-dessus de la
couche de vernis) sont visibles grâce aux UV.
2,0
3,0
4,0
5,0
29 1. Ce qui se déplace à longue distance,
14
21
28
35
34
44
56
68
c’est l’énergie et non les molécules elles-mêmes.
2. La pression varie : a. dans le temps en une
endroit donné ; b. dans l’espace à une date
donnée.
1. ONDES ET PARTICULES
13
F. Réponses aux sujets BAC p. 31
31 1. a. Le son est la propagation d’une
compression-détente des molécules du milieu de propagation (l’air ici).
b. C’est une onde longitudinale : la direction
de propagation de l’onde et le déplacement
local des molécules de l’air sont identiques.
2. a. Onde sonore dans l’air entre la bouche
du premier enfant et le yaourtophone, onde
mécanique de vibration pour le yaourtophone, puis à nouveau onde sonore dans l’air
entre le yaourtophone et l’oreille du second
enfant.
b. Pour entendre, il faut transmettre des vibrations et la ficelle doit être tendue pour vibrer.
32 1. a. Les trois phénomènes physiques
qui peuvent être mis en jeu pour détecter une
particule chargée sont : le courant électrique,
la lumière, l’élévation de température.
b. Les particules non chargées stables sont
détectées par leur interaction avec la matière.
Les particules non chargées instables sont
détectées en fait en détectant les particules
produites par leur désintégration.
2.
Électron
Matière
Photon
Photo
multiplicateur
L
.
t 2 − t1
b. Il faudrait connaître l’incertitude sur L pour
pouvoir estimer l’incertitude sur cette vitesse.
3. a. La vitesse de la particule est v =
4. Cet appareil est une gigantesque « poupée
russe » car il est composé de plusieurs détecteurs visant à déterminer différentes caractéristiques des particules.
33 1. Le vent solaire est composé de particules chargées du plasma solaire : électrons
et protons.
2. a. Le champ magnétique terrestre dévie le
vent solaire et l’amène vers les pôles.
b. L’atmosphère terrestre absorbe les particules du vent solaire, qui excitent les atomes
et molécules.
3. a. Les lignes de champ magnétiques
déviant les particules chargées vers les pôles,
le vent solaire n’atteint pas la surface de la
Terre.
b. L’interaction entre les particules du vent
solaire et les atomes d’oxygène et d’azote
de l’atmosphère n’ayant lieu qu’aux pôles,
les aurores lumineuses se forment aux pôles
exclusivement.
4. a. On ne voit pas le vent solaire mais la
lumière émise par les atomes et molécules
lors de leur désexcitation, après interaction
avec les particules du vent solaire.
b. L’onde impliquée dans le phénomène d’aurore polaire est une onde lumineuse, donc
électromagnétique.
G. Épreuve expérimentale p. 34
© Éditions Belin, 2012
Les photodiodes sont des composants très
peu chers. Le reste du matériel (résistance,
générateur, voltmètre) est disponible dans
les collections des lycées. La télécommande
peut être celle d’une télévision ou encore d’un
vidéoprojecteur.
14
LIVRE DU PROFESSEUR
2.2. La tension aux bornes de la résistance est
proportionnelle à l’intensité dans le circuit.
2.3. L’intensité dans le circuit augmente avec
la luminosité reçue par la photodiode.
H. Compléments pédagogiques
Les énoncés sont disponibles sur www.
libtheque.fr/physiquechimielycee.
b. On doit ajouter les intensités sonores des
deux sources.
QROC
1 1. The multiwire proportional chamber is
made of parallel wires (the anodes) and conductive planes (the cathodes).
1. Une onde sonore est une onde mécanique
qui se propage en particulier dans les fluides :
l’eau en fait partie.
2. La propagation d’une onde sonore dans
l’air comprime les tranches d’air sur son
passage : la pression en est affectée.
3. a. L’oreille humaine et le microphone sont
des détecteurs d’ondes sonores.
b. Les détecteurs d’onde sonores sont munis
d’une membrane élastique, flexible, pour
pouvoir vibrer sous l’action de l’onde sonore.
4. a. Les niveaux sonores de deux sources ne
s’ajoutent pas car il s’agit d’une échelle logarithmique.
2. The passage of a particule ionises the
atoms of the gas.
3. The detected signal is electrical, in the
anodes wires.
2 1. Ce sont des ondes électromagnétiques (radio ou hertziennes).
2. a. L’émetteur est une antenne en forme de
boucle.
b. Le récepteur est aussi une antenne en
forme de boucle.
I. Bibliographie
© Éditions Belin, 2012
✔ B. VALEUR, Sons et lumière, Belin, 2008.
✔ E. GUYON, J.-P. HULIN, L. PETIT, Ce que disent les fluides, coll. « Bibliothèque scientifique »,
Belin, 2e édition 2011.
✔ C. RAY, J.-C. POIZAT, La physique par les objets quotidiens, Belin, 2005.
✔ Panorama de la physique, sous la direction de G. Pietryk, Belin, 2007.
✔ « La lumière dans tous ses états », Dossier Pour la Science n° 53, octobre-décembre 2006.
✔ A. FISCHETTI Initiation à l’acoustique, Belin, 2003.
✔ I. BERKES, La physique de tous les jours, Vuibert, 1997.
✔ J. CASSANET, « Réception des images Météosat », BUP n° 730, 1991, fichier 07300053.
1. ONDES ET PARTICULES
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