Classe de Terminale S Physique Thème abordé : Ondes sonores Poin Cours Exercice Pour ou l exercice, on considère la célérié v du son dans l air, à 2 C, égale à 34 m.s. Les rois paries de l exercice son indépendanes. Le violon La figure représene les enregisremens réalisés dans les mêmes condiions, de sons de fréquence f = 44 Hz (la3) émis par un violon d une par e par un diapason d aure par. Parmi les caracérisiques physiques d un son musical figuren la haueur e le imbre. En analysan les deux oscillogrammes de la figure, préciser la caracérisique qui différencie les sons des deux émeeurs. Quel nom donne--on à la fréquence f? Calculer les valeurs des fréquences f2 e f3 présenes dans le specre fréqueniel du violon. oscillogrammes Inensié relaive 6 specres fréqueniels u inensié relaive 5 4 3 violon 2,2-2 f f f f f f f f 2 3 4 5 6 7 8-3 -4 fréquence -5-6 enregisremen inensié relaive 6 specre u2 5 4 inensié relaive diapason 3 2,2-2 -3-4 -5 f -6 enregisremen 2 fréquence specre 2 Figure. Enregisremens e specres fréqueniels des deux émeeurs sonores
L ensemble des violons Les baemens Avan le concer, les violonises cherchen à accorder leur insrumen en jouan la noe la 3 de fréquence égale à 44 Hz. La fréquence émise par chaque insrumen n éan pas rigoureusemen égale à 44 Hz, le son résulan es alernaivemen plus ou moins inense : on enend des baemens qui son des variaions périodiques de l ampliude sonore. Pour rendre compe de ce phénomène, on simule à l aide d un ordinaeur des signaux don les fréquences f a (courbe de la figure 2) e f b (courbe 2 de la figure 2) diffèren légèremen : f a = 42 Hz e f b = 46 Hz. Ensuie, on effecue l addiion de ces deux signaux (courbe 3 de la figure 6). Les courbes obenues son rassemblées figure 2 ci-dessous. S S 2 2 (ms) 2 (ms) courbe courbe 2 2 S 3 T ba T ba T ba 2 7 2 7 22 (ms) -2 courbe 3 Figure 2. Courbes simulan les signaux sonores La période des variaions d ampliude, encore appelées baemens, es noée T ba (voir courbe 3 de la figure 2). f f On souhaie vérifier que f b a ba. Pour cela, déerminer la valeur de f ba à parir de la courbe T 2 fb fa 3 e la comparer à celle de. 2 Lorsque le musicien consae l arrê des baemens, que peu-il en conclure? ba
2.2 Niveau sonore e inensié Au débu du concer, un groupe musical comporan dix violons se produi. On prendra I : Inensié de référence correspondan à l inensié minimale audible :, 2 W.m -2 ; Vérifier que le niveau sonore minimal percepible es de db. On esime à 7 db le niveau sonore produi par un seul violon à 5 m. Calculer le niveau sonore produi par le groupe musical. On considère que ous les violons son à 5 m de l audieur. L exposiion à une inensié sonore I =, W.m -2 peu endommager l oreille de l audieur. Combien de violons doiven jouer pour aeindre cee inensié pour un audieur siué à 5 m? Conclure. Exercice 2 L'effe Doppler fu présené par Chrisian Doppler en 842 pour les ondes sonores puis par Hippolye Fizeau pour les ondes élecromagnéiques en 848. Il a aujourd'hui de muliples applicaions. Un radar de conrôle rouier es un insrumen servan à mesurer la viesse des véhicules circulan sur la voie publique à l'aide d'ondes radar. Le radar éme une onde coninue qui es réfléchie par oue cible se rouvan dans la direcion poinée. Par effe Doppler, cee onde réfléchie possède une fréquence légèremen différene de celle émise : plus grande fréquence pour les véhicules s'approchan du radar e plus peie pour ceux s'en éloignan. En mesuran la différence de fréquence enre l onde émise e celle réfléchie, on peu calculer la viesse de la «cible». Mais les radars Doppler son uilisés dans d'aures domaines En mééorologie, le radar Doppler perme d'analyser la viesse e le mouvemen des perurbaions e de fournir des prévisions de grêle, de pluies abondanes, de neige ou de empêes. En imagerie médicale, le radar Doppler perme d'éudier le mouvemen des fluides biologiques. Une sonde éme des ondes ulrasonores e ce son les globules rouges qui fon office d'obsacles e les réfléchissen. L'analyse de la variaion de la fréquence des ondes réfléchies reçues par cee même sonde perme ainsi de déerminer la viesse du sang dans les vaisseaux. D'après le sie : www.over-blog.com Ce exercice propose d'éudier le principe de l'effe Doppler sonore. Pour simplifier cee approche, la réflexion de l'onde sur l'obsacle ne sera pas prise en compe. Par ailleurs, on rappelle que plus la fréquence es élevée, plus le son es aigu.. Un véhicule muni d'une sirène es immobile. La sirène reeni e éme un son de fréquence f = 68 Hz. Le son émis à la dae = se propage dans l'air à la viesse c = 34 m.s à parir de la source S. On noe λ la longueur d'onde correspondane. La figure ci-dessous représene le fron d'onde à la dae = 4 T (T éan la période emporelle de l'onde sonore.)
Figure Répondre par «vrai» ou «faux» aux sep affirmaions suivanes en jusifian son choix... Une onde mécanique se propage dans un milieu maériel avec ranspor de maière..2. La longueur d'onde es indépendane du milieu de propagaion..3. Un poin M disan du poin S d'une longueur égale à 5, m du milieu reprodui le mouvemen de la source S avec un reard Δ =,5 s..4. L onde a parcouru d = 4. m à la dae = 3T..5. Deux poins siués à la disance d = 55, m l'un de l'aure dans la même direcion de propagaion vibren en phase..6. L'onde se réfléchi sur un obsacle siué à la disance d" = 68 m de la source. L'écho de l'onde revien à la source 2, s après l'émission du signal. 2. Le véhicule se déplace mainenan vers la droie à la viesse v inférieure à c. La figure 2 donnée ci-après représene le fron de l'onde sonore à la dae = 4 T. Figure 2 2.. Le véhicule se rapproche d'un observaeur immobile. Pendan l'inervalle de emps T, le son parcour la disance λ. Pendan ce emps, le véhicule parcour la disance d = v. T. La longueur d'onde λ' perçue par l'observaeur à droie de la source S a donc l'expression suivane : λ' = λ v.t () 2... Rappeler la relaion générale lian la viesse de propagaion, la longueur d'onde e la fréquence. c 2..2. En déduire que la relaion () perme d'écrire f ' = f. (f éan la fréquence sonore perçue c v par l'observaeur). 2..3. Le son perçu es-il plus grave ou plus aigu que le son d'origine? Jusifier. 2.2. Dans un deuxième emps, le véhicule s'éloigne de l'observaeur à la même viesse v. 2.2.. Donner, en le démonran, les expressions de la nouvelle longueur d'onde λ" e de la nouvelle fréquence f " perçues par l'observaeur en foncion de f, v e c.
2.2.2. Le son perçu es-il plus grave ou plus aigu que le son d'origine? Jusifier. 2.3. Exprimer, puis esimer en km.h, en arrondissan les valeurs à des nombres eniers, la viesse du véhicule qui se rapproche de l'observaeur sachan que ce dernier perçoi alors un son de fréquence f ' = 76 Hz.