EVALUATION TS (Présentation 1 point) EXERCICE I. PROPAGATION DES ONDES (4 points) Cet exercice est un questionnaire à réponses ouvertes courtes. A chaque question peuvent correspondre aucune, une ou plusieurs propositions exactes. Pour chacune des questions, plusieurs réponses ou affirmations sont proposées. Inscrire en toutes lettres «vrai» ou «faux» dans la case correspondante du tableau figurant dans L ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE. Donner une justification ou une explication dans la case prévue à cet effet. Une réponse fausse ou une absence de réponse sera évaluée de la même façon. Les parties 1, 2, et 3 sont indépendantes et peuvent être traitées séparément. 1. Ondes infrasonores. Les éléphants émettent des infrasons (dont la fréquence est inférieure à 20 Hz). Cela leur permet de communiquer sur de longues distances et de se rassembler. Un éléphant est sur le bord d une étendue d eau et désire indiquer à d autres éléphants sa présence. Pour cela, il émet un infrason. Un autre éléphant, situé à une distance L = 24,0 km, reçoit l onde au bout d une durée t = 70,6 s. La valeur de la célérité de l infrason dans l air v est : 1.1. v = 34,0 km.s -1 ; 1.2. v = 340 km.s -1 ; 1.3. v = 340 m.s -1. 2. Ondes à la surface de l eau Au laboratoire, on dispose d une cuve à onde contenant de l eau immobile à la surface de laquelle flotte un petit morceau de polystyrène. On laisse tomber une goutte d eau au-dessus de la cuve, à l écart du morceau de polystyrène. Une onde se propage à la surface de l eau. 2.1. Ceci correspond : 2.1.1. à une onde mécanique ; 2.1.2. à une onde longitudinale ; 2.1.3. à une onde transversale? 2.2. L onde atteint le morceau de polystyrène. 2.2.1. Celui-ci se déplace parallèlement à la direction de propagation de l onde ; 2.2.2. Celui-ci se déplace perpendiculairement à la direction de propagation de l onde ; 2.2.3. Celui-ci monte et descend verticalement ; 2.2.4. Celui-ci reste immobile. 3. Ondes le long d une corde L extrémité gauche d une corde est reliée à un vibreur effectuant des oscillations sinusoïdales entretenues à partir d un instant de date t 0 = 0 s. Les graphiques 1 et 2 représentent l état de la corde à une date donnée. Les élongations y et les abscisses x sont graduées en cm. On néglige tout amortissement dans la totalité des questions de cette partie 3..
3.1. Le graphique 2 ci-dessus permet de déterminer la valeur numérique de la longueur d onde. On trouve : 3.1.1. = 20 cm ; 3.1.2. = 30 cm ; 3.1.3. = 46 cm. 3.2. À partir des graphiques 1 et 2, déterminer la valeur de la période temporelle T : 3.2.1. T = 30 ms ; 3.2.2. T = 60 ms ; 3.2.3. T = 18 ms. 3.3. La célérité de l onde dans la corde est : 3.3.1. v = 5,0 m.s -1 ; 3.3.2. v = 10,0 m.s -1 ; 3.3.3. v = 15,0 m.s -1. 3.4. Dans la même expérience, parmi les graphes 3, 4, 5 et 6 ci-dessous, celui représentant l aspect de la corde à l instant de date t = 180 ms est le : 3.4.1. graphe 3 ; 3.4.2. graphe 4 ; 3.4.3. graphe 5 ; 3.4.4. graphe 6.
Proposition Répondre vrai ou faux ANNEXE EXERCICE I. Justification ou explication 1.1. 1.2. 1.3. 2.1.1. 2.1.2. 2.1.3. 2.2.1. 2.2.2. 2.2.3. PAS DE JUSTIFICATION 2.2.4. 3.1.1. 3.1.2. 3.1.3.
Proposition 3.2.1. Répondre vrai ou faux Justification ou explication 3.2.2. 3.2.3 3.3.1. 3.3.2. 3.3.3. 3.4.1. 3.4.2. 3.4.3. 3.4.4. EXERCICE 2 INTENSITE ET NIVEAU SONORE (5 points) En milieu industriel il est préconisé de travailler moins de huit heures dans un environnement n excédant pas le niveau sonore L= 90 db afin d éviter tout problème auditif. Jeremy travaille sur une machine émettant un son de niveau sonore L 1 =86 db. Les autres machines de l atelier produisent des sons dont le niveau sonore total perçu par l opérateur vaut L 2 = 89 db a) Calculer les intensités sonores I 1 et I 2 associées aux niveaux sonores L 1 et L 2 b) En déduire le niveau sonore total en supposant que les intensités sonores s additionnent. c) Jeremy risque-t-il un problème auditif si toutes les machines sont en marche?
EXERCICE N 2 RELIEF ET FOND MARIN (10 points) I / CELERITE DES ONDES ULTRASONORES DANS L EAU La célérité des ondes ultrasonores dans l eau v air =340 m.s -1 est plus faible que la célérité des ondes ultrasonores dans l eau de mer v mer. Un émetteur produit simultanément des salves d ondes ultrasonores dans un tube rempli d eau de mer et dans l air (Fig 1). A une distance d de l émetteur sont placés deux récepteurs, l un dans l air et l autre dans l eau de mer. Le récepteur A est relié à l entrée A du système d acquisition d un ordinateur et le récepteur B à l entrée B. L acquisition commence lorsqu un signal est reçu en B. 1 ) Pourquoi est-il nécessaire de déclencher l acquisition lorsqu un signal est reçu sur l entrée B? 2 ) Exprimer le retard entre les réceptions des ultrasons en fonction de t air et t mer durées que mettent les ultrasons pour parcourir d dans l air et dans l eau de mer. 3 ) On détermine pour différentes distances d entre l émetteur et le récepteur. On traite les données avec un tableur et on obtient le graphe = f(d) ci-dessous (fig 2) a) Exprimer en fonction de «d, v air, v mer» b) Justifier l allure de la courbe obtenue. c) Déterminer le coefficient directeur de la droite = f(d). En déduire la valeur de v mer
II / DETERMINATION DU RELIEF DES FONDS MARINS Dans cette partie on prendra v mer =1,50.10 3 m.s -1 Un sondeur acoustique classique est composé d une sonde comportant un émetteur et un récepteur d onde ultrasonore de fréquence f =200 khz. La sonde envoie des salves d ultrasons verticalement en direction du fond à des intervalles de temps réguliers. Quand elle rencontre un obstacle, une partie de l onde est réfléchie et renvoyée vers la source. La détermination du retard entre l émission et la réception du signal permet de calculer la profondeur p. un bateau se déplace en ligne droite suivant un axe xx en explorant le fond marin depuis le point A (x A =0 m) jusqu au point B (x B = 50m) ; Fig 3 Le sondeur émet des salves d ultrasons à intervalles de temps égaux. On mesure à l aide d un système d acquisition la durée séparant l émission de la salve de la réception de l écho. 1 ) L oscillogramme de la figure 4 montre l écran du système d acquisition lorsque le bateau se trouve en A. L une des voies représente le signal émis, l autre le signal reçu. La figure 5 représente = f(x). a) Identifier les signaux sur la figure 4. Justifier. b) Déterminer la durée entre l émission de la salve et la réception de son écho. c) En déduire la valeur d un carreau sur l ordonnée de la figure 5 (s aider de la réponse précédente et se placer au point A). En remarquant que l onde effectue un aller-retour, déterminer la relation permettant de calculer la profondeur p en fonction de et v mer. 3 ) Compléter la figure suivante représentant la profondeur p du fond marin en mètre (m) en fonction de la position x du bateau. p(m) 0 10 20 30 40 50 A B X(m) 4 ) Le sondeur envoie des signaux à intervalles de temps réguliers. Le signal se compose d un bip suivi d un silence puis un nouveau bip, d un silence et ainsi de suite. Pour une bonne réception, l écho doit être reçu avant l émission du signal suivant. Le sondeur est utilisable jusqu à une profondeur de 360m. Calculer le temps minimum à respecter entre deux salves, pour que l écho soit reçu correctement.