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| Question | Points |
|---|---|
| Question 1 — Onde mécanique progressive | 1 |
| Question 2 — Onde mécanique progressive | 2 |
| Question 3 — Célérité et retard | 2 |
| Question 4 — Périodicités T et λ, relation λ = vT | 3 |
| Question 5 — Périodicités T et λ, relation λ = vT | 2 |
| Question 6 — Célérité et retard | 2 |
| Question 7 — Périodicités T et λ, relation λ = vT | 1 |
| Question 8 — Périodicités T et λ, relation λ = vT | 3 |
| Question 9 — Résoudre un problème sur les ondes | 2 |
| Question 10 — Résoudre un problème sur les ondes | 2 |
| Total | 20 |
Partie A — Connaissances
Question 1
1 ptCompétence : Onde mécanique progressive
Lors de la propagation d'une onde mécanique progressive :
Réponse : transport d'énergie sans transport de matière.
Question 2
2 ptsCompétence : Onde mécanique progressive
Définir la célérité d'une onde. De quoi dépend-elle ? Citer un exemple montrant cette dépendance.
La célérité est la vitesse de propagation de la perturbation : \(v = d/\Delta t\). Elle dépend du milieu (nature, température…), pas de l'amplitude. Exemple : le son se propage à environ 340 m/s dans l'air et 1500 m/s dans l'eau.
Grille d'auto-évaluation (coche ce qui figure dans ta réponse)
Partie B — Célérité et retard
Question 3
2 ptsCompétence : Célérité et retard
Un promeneur voit un éclair puis entend le tonnerre 4,5 s plus tard. Calculer, en mètres, sa distance à l'orage (son : 340 m/s ; on considère la lumière comme instantanée).
\(d = v\,\Delta t = 340\times4{,}5 \approx 1{,}5\times10^{3}\ \text{m}\).
Hypothèse : la lumière (\(3\times10^{8}\ \text{m/s}\)) met environ 5 µs pour parcourir 1,5 km : son retard est négligeable.
Question 4
3 ptsCompétence : Périodicités T et λ, relation λ = vT
Un capteur de stationnement émet des ultrasons de fréquence 40 kHz dans l'air (célérité 340 m/s). Calculer leur longueur d'onde, en mètres.
Barème : 1 pt relation ; 1 pt conversion ; 1 pt résultat.
Relation : \(\lambda = \dfrac{v}{f}\).
Conversion : \(f = 40\ \text{kHz} = 4{,}0\times10^{4}\ \text{Hz}\).
Calcul : \(\lambda = \dfrac{340}{4{,}0\times10^{4}} = 8{,}5\times10^{-3}\ \text{m} = 8{,}5\ \text{mm}\).
Erreur classique : oublier de convertir les kHz (résultat 1000 fois trop grand).
Question 5
2 ptsCompétence : Périodicités T et λ, relation λ = vT
Le graphique montre la tension délivrée par un micro qui capte un son. Déterminer la fréquence du son.
Trois périodes occupent 7,5 ms, donc \(T = 2{,}5\ \text{ms} = 2{,}5\times10^{-3}\ \text{s}\) ; \(f = \dfrac{1}{T} = 400\ \text{Hz}\).
Méthode : mesurer plusieurs périodes pour gagner en précision.
Question 6
2 ptsCompétence : Célérité et retard
Un sonar (célérité des ultrasons dans l'eau : 1500 m/s) reçoit l'écho d'une épave 0,80 s après l'émission. À quelle profondeur se trouve l'épave ?
Aller-retour : \(2h = v\,\Delta t\), donc \(h = \dfrac{1500\times0{,}80}{2} = 600\ \text{m}\).
Partie C — Périodicités
Question 7
1 ptCompétence : Périodicités T et λ, relation λ = vT
Une onde sonore passe de l'air dans l'eau, où elle va plus vite. Sa fréquence :
La fréquence est imposée par la source ; comme \(\lambda = v/f\) et que \(v\) augmente, \(\lambda\) augmente.
Question 8
3 ptsCompétence : Périodicités T et λ, relation λ = vT
Expliquer la différence entre périodicité temporelle et périodicité spatiale d'une onde : grandeur associée, unité, type de graphique sur lequel on la lit. Écrire la relation qui les relie.
Temporelle : la période \(T\) (en s) est la plus petite durée au bout de laquelle un point du milieu retrouve le même état ; on la lit sur \(s(t)\) en un point fixé.
Spatiale : la longueur d'onde \(\lambda\) (en m) est la plus petite distance séparant deux points dans le même état à un instant donné ; on la lit sur \(s(x)\).
Relation : \(\lambda = v\,T\).
Grille d'auto-évaluation (coche ce qui figure dans ta réponse)
Partie D — Problème
Deux capteurs sont fixés le long d'une longue corde tendue, à 0,60 m l'un de l'autre. Un vibreur crée en bout de corde une onde sinusoïdale de fréquence 5,0 Hz. Le second capteur détecte une perturbation donnée 0,15 s après le premier.
Question 9
2 ptsCompétence : Résoudre un problème sur les ondes
Calculer la célérité de l'onde le long de la corde.
\(v = \dfrac{d}{\tau} = \dfrac{0{,}60}{0{,}15} = 4{,}0\ \text{m/s}\).
Question 10
2 ptsCompétence : Résoudre un problème sur les ondes
En déduire la longueur d'onde, en mètres.
\(\lambda = \dfrac{v}{f} = \dfrac{4{,}0}{5{,}0} = 0{,}80\ \text{m}\).
Vérification : \(T = 0{,}20\ \text{s}\) et \(v\,T = 4{,}0\times0{,}20 = 0{,}80\ \text{m}\) ✓.