OBJECTIF 1 : Extraire et exploiter des informations sur la nature des ondes et leurs fréquences.

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1 OBJECTIF 1 : Extraire et exploiter des informations sur la nature des ondes et leurs fréquences Une onde sonore a besoin d un milieu matériel pour se propager. Or, entre la Terre et la Lune, il y a le vide : une communication par onde sonore est donc impossible. 2. Les ondes électromagnétiques, comme par exemple la lumière, peuvent se propager dans le vide. 2 La fréquence d une onde de période T 45 ms vaut f 1/T 1/( ) 22 Hz. La fréquence est supérieure à 20 Hz, l onde sonore est audible. 3 La fréquence des ultrasons est supérieure à celle des sons. On en déduit que l absorption des sons par l air augmente avec la fréquence.

2 4 1. L oreille détecte des sons dont la fréquence est comprise entre 20 Hz et 20 khz, donc le perroquet a le domaine de fréquence le plus proche de l oreille humaine. 2. La fréquence maximale perçue par ces animaux est inférieure à 20 khz, ils n entendent donc pas les ultrasons a. 100 milliards de hertz Hz ; milliards de hertz Hz. b. D après le texte, 0,1 THz Hz (ou 30 THz Hz), donc le préfixe «téra» correspond à c. Avec les domaines de fréquences des ondes électromagnétiques donnés dans le cours, on peut vérifier que les rayons T (fréquences autour de Hz) se trouvent entre l infrarouge (fréquences autour de Hz) de la télécommande TV et les micro-ondes (fréquences autour de Hz) du four. 2. Les rayons X sont utilisés pour l image radiographique médicale ou industrielle. 3. Les rayons T sont intéressants car ils ont un fort pouvoir pénétrant sans être ionisants, car moins énergétiques que les rayons X. Ils semblent donc inoffensifs Sur l oscillogramme, une période correspond à x 2,5 div. Le coefficient de balayage est b 10 µs/div. d où T b x 10 2,5 25 µs. 2. Sa fréquence est f 1/T 1/( ) 4, Hz 40 khz. 3. La fréquence est supérieure à 20 khz, l onde sonore n est pas audible, elle est ultrasonore.

3 OBJECTIF 2 : Savoir utiliser les vitesses de propagation de la lumière et du son La lumière ne se propage que dans les milieux transparents. 2. La lumière se propage plus vite dans le vide que dans les milieux matériels transparents. 3. Le son se propage bien plus vite dans l eau que dans l air, mais c est le contraire pour la lumière. 4. Les sons et les ultrasons se propagent à la même vitesse dans l air. 9 a m s m s 1 ; c km s m s 1 ; e km h m h 1 ; f km s m s 1. La vitesse de la propagation de la lumière dans le vide est 3, m s 1 : les valeurs correctes sont donc b, c et f. 10 Les sons se propagent plus rapidement dans les solides que dans l air La vitesse de la propagation de la lumière dans l air est 3, m s 1. La distance qu elle parcourt en : a. une seconde vaut d 1 3, m km (sept fois et demie le tour de la Terre!) ; b. un jour, d 2 3, , m ; c. un an, d 3 3, , m. 2. La vitesse de la propagation du son dans l air est 340 m s 1. La distance qu il parcourt en : a. une seconde vaut d' m ; b. un jour vaut d' , m km ; c. un an vaut d' , m. 3. Pour parcourir la même distance ( km) que la lumière en 1 s, il faut environ 10 jours au son. Le son se propage rapidement (vitesse comparable à un avion de ligne), mais la lumière se propage vraiment plus vite. 13 Les infrarouges sont des ondes électromagnétiques, leur vitesse de propagation est 3, m s 1 dans l air. Le temps mis par un signal infrarouge pour parcourir 3,5 m est Dt 3,5/(3, ) = 1, s 0,012 µs!

4 15 1. Dans l air, le signal reçu a un retard de 600 µs sur le signal émis. Dans l eau, le signal reçu a un retard proche de 150 µs sur le signal émis. On en déduit que les ultrasons se déplacent plus rapidement dans l eau que dans l air. 2. Dans l eau, le retard du signal reçu par rapport au signal émis est Dt 150 µs 1, s. La distance parcourue par les ultrasons est l 0,200 m. On en déduit que la vitesse des ultrasons dans l eau est l 0, 200 veau 1, m s 1. Dt 150, 10 4 Dans l air, le retard est Dt 600 µs 6, s, d où l 0, 200 vair 3, m s 1. Dt 600, Il correspond à une réflexion. 2. Distance aller et retour : L v Dt 340 9, ,1 m. Distance obstacle-voiture : d L/2 1,5 m Durée entre la réception des échos issus de B et de C : Dt 0, µs. 2. La durée entre la réception des échos issus de B et de C correspond à la propagation des ultrasons sur une distance 2d (aller BC retour CB), donc la dimension d de la structure explorée dans les tissus mous vérifie

5 2d v Dt 1, , m 4,5 cm d où d 2,2 cm a. L éclair se propage avec une vitesse : c 3, m s 1. Il sera vu par le promeneur au bout de : Dt e d/c (5, )/(3, ) 1, s 16 µs. b. Le tonnerre se propage à la vitesse v 340 m s 1, il sera entendu par le promeneur au bout de : Dt s d/v (5, )/ s. 2. La durée de propagation de l éclair est négligeable par rapport à celle du son. Autrement dit, on peut confondre la durée de propagation du son avec l intervalle de temps qui s écoule entre la vision de l éclair et l audition du tonnerre : Dt s Dt s donc pour connaître la distance à laquelle la foudre est tombée, on calcule d v Dt s ª v (Dt s ) avec v 340 m s 1 0,340 km s 1 ª 1 3 km s 1. D où d (en km) (Dt s ) (en s)/3.