EcoleSainte premiereevaluation S2s 2012

Ecole Sainte-Rita
Novembre 2012
Première évaluation
Epreuve de physique
Classe de S2S
Durée : 2 périodes
I) Interférences à la surface de l’eau (6,5pts)
On crée en deux points S1 et S2 de la surface de l’eau d’une cuve à ondes des vibrations en
phase, de même amplitude et de même fréquence f=10Hz. Les ondes se propagent à la
surface de l’eau avec une célérité de 30cm/s. La distance entre S1 et S2 vaut d=6cm.
a-Décrire les franges d'interférence observée à la surface libre de l'eau sous éclairage continu
b-M est un point de la surface de l’eau situé à d1 de S1 et d2 de S2.
b.1)Calculer la longueur d'onde
b.2)Déterminer l'état vibratoire de M dans chacun des cas suivants :
Premier cas : d1=20cm et d2=14cm ; Deuxième cas : d1=15cm et d2=10,5cm
c-Déterminer ,sur le segment S1S2,le nombre de points qui vibrent au maximum.
d-On augmente la fréquence du vibreur. Le nombre de franges augmente-t-il ou diminue-t-il ?
Justifier la réponse
II) Mesure de la vitesse du son dans l’air (5,5pts)
Un haut-parleur H est relié à un GBF qui fournit une tension sinusoïdale de fréquence f. Deux
microphones M1et M2,identiques, sont sur l’axe de H,
comme l’indique la figure (1). M1et M2 sont reliés
respectivement aux voies 1 et 2 d’un oscilloscope.
Lorsque M1 et M2 sont placés au même point, on
observe sur l’oscilloscope deux courbes en phase et
de même amplitude. On éloigne M2 de H jusqu’à
obtenir pour la première fois, l’oscillogramme de
la figure(2). La distance entre
M1 et M2 a alors pour valeur d=34,0cm.
a-Déterminer f sachant que le coefficient de balayage est 0,2ms/div.
b-Quelle particularité présentent les deux courbes (a) et (b) ?
c-Laquelle des deux courbes correspond à M1 ? Justifier
d-Déterminer la vitesse de propagation du son dans l’air dans les conditions de l'expérience.
e-Proposer une autre méthode permettant de mesurer la vitesse du son, mais n’utilisant qu’un
seul microphone.
Fig(2)
III)Aspect d'une corde parcourue par une onde (8pts)
Une source S crée une onde progressive sinusoïdale le long d'une corde. La figure ci-dessous
représente l'aspect de la corde à la date t0=0.
Soit T la période des vibrations.
a-Définir la longueur d'onde λ
b-Exprimer en fonction de λ la distance AF puis calculer λ sachant que AF=6cm
c-Comparer les mouvements de : A et F ; A et B ; F et S
d-Calculer la fréquence de l'onde sachant que la vitesse de propagation est V=2m/s.
e-Préciser si chacun des points A,B et F va monter ou descendre juste après t0=0s.
𝑇
f-Représenter la corde à la date t1=2 (On reproduira la figure initiale et on fera une
autre figure, à la même echelle,representant la corde à l' instant demandé )
g-On éclaire la corde avec un stroboscope de fréquence fe. Qu'observe-t-on pour:
fe= 25Hz et fe=52Hz ? Justifier la réponse.
IV)Propagation et réflexion d'un signal (5pts)
On étudie la propagation d'un signal le long d'une corde élastique tendue. À la date t0=0,le front
de l'onde quitte la source S. A la date t1=0,4s, la corde présente l'aspect de la figure suivante:
D est la position du front du signal et A est la position de la queue du signal à la date t1.
On donne :SD=80cm , AC=40cm et CD=20cm.
a-Démontrer que la vitesse de propagation du signal est V=2m/s
b-Déterminer la durée de vibration d'un point de la corde au passage du signal.
c-E est un point de la corde tel que SE=120cm.Determiner la date t2 pour laquelle le signal quitte
le point E.
d-Le signal rencontre un obstacle en M. Représenter le signal à la date t4=1s sachant que
SM=160cm et que M est un obstacle fixe.