Devoir n 1 de physique-chimie

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1 Terminale S2 Lundi 30/09/13 Devoir n 1 de physique-chimie Exercice n 1: Célérité des ondes sonores et ultrasonores 1. Questions de cours 1.1. Les ondes sonores et ultrasonores sont des ondes mécaniques progressives. Définir ce type d onde S agit-il d ondes longitudinales ou transversales? Définir l adjectif choisi 2. Célérité de l onde sonore Deux microphones M 1 et M 2 sont alignés de telle manière que la distance entre M1 et M2 soit égale à 2,00 m. Les signaux électriques correspondant aux sons reçus par les microphones sont enregistrés grâce à un ordinateur. Joseph donne un coup de cymbale devant le premier micro M 1 et lance immédiatement l enregistrement. Les courbes obtenues sont représentées ci-après. Tension (V) Microphone M 1 Temps en s Tension (V) Microphone M 2 Temps en s A partir des enregistrements, montrer que la célérité de l onde sonore est égale à v = 3, m.s Célérité des ondes ultrasonores Au cours d une séance de travaux pratiques, un élève dispose du matériel suivant : - un émetteur d ultrasons E et son alimentation électrique ; - deux récepteurs d ultrasons R 1 et R 2 ; - un oscilloscope; - une règle graduée. II réalise le montage suivant :

2 L émetteur E génère une onde ultrasonore progressive sinusoïdale qui se propage dans l air jusqu aux récepteurs R 1 et R 2. L émetteur et les deux récepteurs sont alignés. Le récepteur R 1 est placé au zéro de la règle graduée. Les signaux captés par les récepteurs R 1 et R 2 sont appliqués respectivement sur les voies 1 et 2 d un oscilloscope pour être visualisés sur l écran de celui-ci. Lorsque le récepteur R 2 est situé à d = 2,8 cm du récepteur R 1, les signaux reçus par les deux récepteurs sont en phase. On observe l oscillogramme ci-dessous sur l écran. Signal reçu par R 1 Signal reçu par R 2 Balayage horizontal : 5 µs/div 3.1. Déterminer la période T des ultrasons utilisés. La méthode doit être détaillée On éloigne lentement R 2 le long de la règle ; on constate que le signal reçu par R 2 se décale vers la droite ; on continue à éloigner R 2 jusqu à ce que les signaux reçus par R 1 et R 2 soient à nouveau en phase. Soit R 2 la nouvelle position occupée par R 2. On relève la distance d séparant désormais R 1 de R 2 : on lit d = 3,5 cm Définir en une phrase la longueur d onde 3.3. En déduire la longueur d onde Vérifier que la célérité des ultrasons dans l air est sensiblement égale à celle des sons dans l air. Tourner la page

3 Exercice n 2 : Les bouchons d oreille Document 1 : Nos oreilles sont fragiles Une trop grande intensité sonore peut endommager nos oreilles de façon irréversible. Pour régler le niveau sonore de la salle de concert, l'ingénieur connaît certaines règles. Par exemple, s'il fait ses réglages pour avoir un son de 98 db pour des spectateurs situés à 16 m d'une enceinte, il sait que l'intensité sonore sera quatre fois plus grande pour les spectateurs situés à 8 m de l'enceinte. Pour prévenir ce risque, il existe des protections auditives de natures différentes selon leur type d utilisation. On peut distinguer, par exemple, deux catégories de bouchons d'oreilles : - Les bouchons en mousse (ou les boules en cire), à usage domestique. Ce sont largement les plus courants. Ils sont généralement jetables, de faible coût et permettent de s'isoler du bruit. Ils restituent un son sourd et fortement atténué. - Les bouchons moulés en silicone, utilisés par les musiciens. Ils sont fabriqués sur mesure et nécessitent la prise d'empreinte du conduit auditif. Ils sont lavables à l'eau et se conservent plusieurs années. Ils conservent la qualité du son. Leur prix est relativement élevé. Document 2 : Document publicitaire Sur un document publicitaire, un fabricant fournit les courbes d atténuation correspondant aux deux types de bouchons (figure 2). On représente ainsi la diminution du niveau sonore due au bouchon en fonction de la fréquence de l onde qui le traverse. On remarquera que plus l atténuation est grande plus l intensité sonore est faible. Document 3 : Niveau sonore On donne l expression du niveau sonore L (exprimé en décibels acoustiques db) associé à une I onde sonore d intensité I : L 10 log( ) où I 0 représente l intensité sonore de référence égale à 1, W.m 2. I 0 L'objectif de l'exercice est de comparer le comportement acoustique des bouchons en mousse et des bouchons moulés.

4 1. Analyse de la note la 4 Un musicien joue la note la 4. À l aide d un système d acquisition, on enregistre le son émis par la flûte. On obtient l enregistrement du signal électrique (Figure 1) En utilisant l enregistrement (fig. 1), on a déterminé la hauteur du son émis : f = 8, Hz. Retrouver cette valeur en expliquant la démarche suivie pour l obtenir avec la plus grande précision possible Cette fréquence étant celle du fondamental, quelles sont les fréquences f 2 et f 3 des harmoniques de rang 2 et 3? 2. Comparaison de la qualité acoustique d'un bouchon en mousse et d'un bouchon moulé en silicone à partir d un document publicitaire On s'intéresse à la qualité du son perçu par un auditeur ou un musicien muni de protections auditives. Une pratique musicale régulière d'instruments tels que la batterie ou la guitare électrique nécessite une atténuation du niveau sonore. Cependant, cette atténuation ne doit pas être trop importante afin que le musicien entende suffisamment ; elle ne doit donc pas dépasser 25 db Indiquer pour chaque bouchon si le critère précédent a été respecté En utilisant la courbe d atténuation, indiquer si un bouchon en mousse atténue davantage les sons aigus ou les sons graves. 3. Comparaison de la qualité acoustique d'un bouchon en mousse et d'un bouchon moulé en silicone à partir d une expérience. Un dispositif adapté permet d'enregistrer le son émis par la flute et ceux restitués par les deux types de bouchons lorsqu un musicien joue la note la 4. Les spectres en fréquence de ces sons sont représentés figure2, figure 3 et figure 4 en annexes en fin d exercice En justifiant, indiquer si le port de bouchon en mousse modifie la hauteur du son? le timbre du son? Même question pour le bouchon moulé en silicone Commenter la phrase du texte introductif : "Ils (les bouchons moulés) conservent la qualité du son".

5 4. Et pendant un concert de rock? Une exposition prolongée à 85 db est nocive pour l'oreille humaine. Durant un concert de rock, un batteur est soumis en moyenne a une intensité sonore I = 1, W.m Calculer le niveau sonore auquel correspond l'intensité sonore I Le batteur est porteur de bouchons moulés en silicone correspondant au document publicitaire. Préciser si ses facultés auditives peuvent être altérées au cours du concert? Exercice n 3 : Réactions acido-basiques (questions de cours) 1. Donner la relation permettant de calculer le ph 2. Donner la définition d un acide selon Bronsted 3. Donner l acide conjugué de la base NH 3 4. Ecrire l équation de la réaction de la base CH 3 COO - (couple CH 3 COOH/CH 3 COO - ) avec l eau sachant que la réaction est équilibrée. 5. Définir une réaction équilibrée en utilisant les grandeurs x f et x max