Activité documentaire n 3 : Définir une onde mécanique Compétences et capacités travaillées spécifiques au chapitre

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Christian Étienne Gauvin
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1 Activité documentaire n 3 : Définir une onde mécanique Compétences et capacités travaillées spécifiques au chapitre Restituer une connaissance Associer la propagation d une onde à un transfert d énergie sans déplacement de matière. Distinguer une onde longitudinale d une onde transversale. S approprier Définir et mesurer quelques grandeurs physiques associées à une onde mécanique : célérité, amplitude, période, fréquence, longueur d onde. Notation travail de groupe : Numéro du groupe :... Questions Capacités attendues Compétence visée Points attribués Niveau d acquisition Partie A Extraire l information utile sur des supports variés S approprier /5 Partie B Partie C Devoir global Total 1: Faire des calculs numériques ou littéraux en présentant sa démarche (phrases introductives, expressions littérales). Présenter et écrire les résultats de manière adaptée (unités, chiffres significatifs...) Réaliser /3 Communiquer /2 Interpréter des résultats. Valider /2 Organiser et exploiter ses connaissances ou les informations extraites sur des supports variés. Rendre compte à l écrit en utilisant un vocabulaire scientifique adapté et rigoureux, et présenter son travail sous une forme appropriée. Remarques : Analyser /5 Communiquer /1 /18 Notation individuelle : CLASSE : NOMS PRENOMS des élèves du groupe Élève n 1 :... Élève n 2 :... Élève n 3 : Activité Capacités attendues Compétence visée Points attribués Capsule vidéo Séance en groupe Effectuer et organiser son travail à la maison Travailler en équipe, partager des tâches, s engager dans un dialogue constructif,... Être autonome et faire preuve d initiative Signatures des camarades Évaluation par le professeur Points attribués Évaluation par les camarades du groupe Être autonome et faire preuve d initiative Signatures des camarades Points attribués /1 /1 /1 /0,5 /0,5 /0,5 Signatures des camarades Séance en groupe Respecter ses camarades, son professeur et les lieux de travail Être autonome et faire preuve d initiative /0,5 /0,5 /0,5 TOTAL 2 /2 /2 /2 Total /20 /20 /20

Visionner individuellement la capsule vidéo «onde mécanique progressive», et répondre au questionnaire associé. https://docs.google.

2 Visionner individuellement la capsule vidéo «onde mécanique progressive», et répondre au questionnaire associé. Introduction : L échographie utilise des ultrasons qui sont des ondes mécaniques. Qu est-ce qu une onde mécanique? Quelles grandeurs la caractérisent? Document 1 : Définitions (A SAVOIR) Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales du milieu. Elle se déplace avec une vitesse déterminée qui dépend des caractéristiques du milieu de propagation. Une onde transporte de l'énergie sans transporter de matière. On parle d onde progressive. Une onde peut être transversale ou longitudinale. Une onde peut être mécanique (milieu matériel indispensable à la propagation de la perturbation) ou électromagnétique (milieu matériel non indispensable à la propagation de la perturbation). ONDE LONGITUDINALE ONDE TRANSVERSALE Une onde mécanique progressive a la propriété de pouvoir se propager dans toutes les directions qui lui sont offertes, et à partir de sa source. On distingue les ondes progressives à une (corde), deux (vague) ou trois dimensions (son).

Document 2 : Les ondes sonores. (A SAVOIR) Le son est l'onde qui correspond à la vibration d un support qui se propage de proche en proche grâce aux propriétés élastiques du milieu.

3 Document 2 : Les ondes sonores. (A SAVOIR) Le son est l'onde qui correspond à la vibration d un support qui se propage de proche en proche grâce aux propriétés élastiques du milieu. C est une onde mécanique progressive longitudinale à 3 dimensions. Si elle reste toujours basée sur le même principe, la propagation d'une onde sonore varie suivant que le milieu est compressible (air...) ou incompressible (eau, acier...). Pour un milieu compressible (le plus souvent un fluide), l onde sonore se déplace sous la forme d une variation de pression. Sans se déplacer réellement, les molécules présentes dans le milieu peuvent osciller autour de leur position d origine en avançant et reculant d une ou deux tailles, mais en revenant toujours à la position d origine. Par exemple pour un haut-parleur, la membrane externe avance et recule en fonction du son à émettre, ce qui génère une surpression ou une dépression pour les molécules en contact avec elles. De proche en proche cette variation de pression se propage aux autres molécules en s éloignant du haut-parleur. L avancement de l onde correspond à la succession des zones de compression et de raréfaction. Ces zones passent successivement d un état à l autre, permettant à l onde d avancer. Dans un milieu non compressible, les molécules ont moins de liberté. Leurs déplacements relatifs sont d autant plus limités que le milieu est dense et solide. Le déplacement de l onde se fait également grâce au déplacement des atomes ou molécules, mais sur des distances beaucoup plus faibles. Document 3 : Vitesse de propagation d un son dans l air. Dans l'air, la vitesse d'une onde sonore dépend de la température de l'air θ et peut être calculée avec la relation suivante : c air = 331,5 + 0,607 θ c air en mètre par seconde (m.s - 1 ) θ en degré Celsius ( C) Cette relation est valable pour des températures comprises entre 20 C et + 40 C et la valeur obtenue est précise à 0,2 %.

4 Document 4 : Vitesse de propagation d un son dans un liquide. La vitesse de propagation d'un son dans un liquide dépend de la masse volumique ρ du liquide et de son coefficient de compressibilité adiabatique χ : Cliquide=! " #$ c en mètre par seconde (m.s - 1 ) liquide ρ en kilogramme par mètre cube (kg.m - 3 ) χ en par pascal (Pa - 1 ) Document 5: Vitesse de propagation d un son dans un solide. La vitesse de propagation d'un son dans un solide dépend de la masse volumique ρ du solide et de son module de Young E : Csolide=! % # c en mètre par seconde (m.s -1 ) solide ρ en kilogramme par mètre cube (kg.m -3 ) E en pascal (Pa) Le module de Young correspond à la contrainte mécanique qu'il faut appliquer à un matériau pour qu'il double sa longueur. Plus E est grand plus le matériau est rigide. Document 6 : Données physiques de quelques liquides. Liquide Masse volumique ρ (kg.m -3 ) Coefficient de compressibilité adiabatique χ (Pa -1 ) Alcool 789 9, Eau , Eau de mer 1000 à , Document 7 : Données physiques de quelques solides. Solide Masse volumique ρ (kg.m -3 ) Module de Young E (GPa) Acier 7500 à Béton à 40 Brique Verre Polystyrène 1040 à ,8 à 3,4

5 Document 8 : Les ondes progressives doublement périodiques.

Partie A : L essentiel Compléter les parties suivantes à partir de la vidéo de la capsule et des documents 1 et 2 : Partie B : Vitesse d un son (documents 3 à 7) 1.

6 Partie A : L essentiel Compléter les parties suivantes à partir de la vidéo de la capsule et des documents 1 et 2 : Partie B : Vitesse d un son (documents 3 à 7) 1. Calculer la vitesse de propagation d un son dans l air à température ambiante (25 C). 2. Calculer la vitesse de propagation d un son dans chaque liquide du document 5 3. Calculer la vitesse de propagation d un son dans chaque solide du document 6 4. Comparer les résultats précédents et conclure. Partie C : La double périodicité

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