Signaux et information : corrigé des exercices de sciences physiques 3e – PDF gratuit à télécharger et imprimer

1. Un signal est un phénomène physique variable dans le temps qui transporte une information.
2. Émetteur : l’arbitre ; récepteur : le joueur ; signal : sonore.
3. Feu rouge : lumineux ; sirène : sonore ; courant dans le fil : électrique ; Wi-Fi : onde radio.

a. Vrai dans la pratique courante : on code l’information avec deux valeurs, 0 et 1 (plus précisément, un nombre limité de valeurs distinctes).
b. Vrai : 1 octet = 8 bits.
c. Faux : le son a besoin d’un milieu matériel.
d. Vrai : les ondes radio se propagent aussi dans le vide, à 3,0 × 10⁸ m/s.
e. Faux : le débit est une quantité d’information par seconde, pas une vitesse de propagation.

1. 101 = 4 + 1 = 5 ; 1010 = 8 + 2 = 10 ; 1111 = 8 + 4 + 2 + 1 = 15 ; 10000 = 16.
2. 6 = 4 + 2 = 110 ; 9 = 8 + 1 = 1001 ; 20 = 16 + 4 = 10100 ; 37 = 32 + 4 + 1 = 100101.
3. 2⁸ = 256 valeurs, de 0 (00000000) à 255 (11111111).

1. Numérique : le signal ne prend que deux niveaux, haut et bas.
2. La suite lue est 10110010.
3. 10110010 = 128 + 32 + 16 + 2 = 178.
4. Durée d’un bit : 16 µs ÷ 8 = 2,0 µs. Débit : D = 1 ÷ (2,0 × 10⁻⁶ s) = 5,0 × 10⁵ bit/s = 500 kbit/s.

a. 3 × 8 = 24 bits.
b. 2 ko = 2 000 octets = 2 000 × 8 = 16 000 bits.
c. 5 Mbit/s = 5 000 kbit/s.
d. 100 Mbit/s ÷ 8 = 12,5 Mo/s.
e. 0,8 Go = 800 Mo.

1. 2,4 Mo = 2,4 × 8 = 19,2 Mbit ; t = 19,2 ÷ 12 = 1,6 s.
2. 1,5 Go = 1 500 Mo = 12 000 Mbit ; t = 12 000 ÷ 12 = 1 000 s = 16 min 40 s.
3. t = 12 000 ÷ 300 = 40 s.

1. d = 6 000 km = 6,0 × 10⁶ m ; t = d ÷ v = 6,0 × 10⁶ ÷ 2,0 × 10⁸ = 3,0 × 10⁻² s = 30 ms.
2. d = 7,2 × 10⁷ m ; t = 7,2 × 10⁷ ÷ 3,0 × 10⁸ = 0,24 s.
3. 0,24 ÷ 0,030 = 8 fois plus long.
4. Non : la durée de propagation ne dépend que de la distance et de la vitesse de propagation, pas du débit.

1. d = v × t = 340 × 6,0 = 2 040 m, soit environ 2,0 km.
2. t = 2 040 ÷ 3,0 × 10⁸ = 6,8 × 10⁻⁶ s.
3. Cette durée (quelques microsecondes) est négligeable devant les 6,0 s du son : la lumière paraît arriver instantanément.

1. 44 100 × 16 = 705 600 bit/s.
2. 3,0 min = 180 s ; N = 705 600 × 180 = 1,27 × 10⁸ bits ; en octets : 127 008 000 ÷ 8 = 15 876 000 octets ≈ 15,9 Mo.
3. Deux voies : 2 × 15,9 ≈ 31,8 Mo.
4. Moins d’échantillons : qualité moins bonne (le signal est moins bien reproduit) mais fichier plus petit.

1. 600 Mo = 4 800 Mbit. Offre A : 4 800 ÷ 8 = 600 s (10 min). Offre B : 4 800 ÷ 100 = 48 s. Offre C : 1 Gbit/s = 1 000 Mbit/s donc 4 800 ÷ 1 000 = 4,8 s.
2. Quatre films : 4 × 3 = 12 Mbit/s. L’offre A (8 Mbit/s) est insuffisante ; B et C conviennent.
3. Conseil : l’offre B suffit pour les besoins décrits (envoi en moins d’une minute, films sans coupure). L’offre C est bien plus rapide mais n’est utile que si la famille envoie souvent de gros fichiers ; l’offre A est à écarter.

1. La courbe est une droite passant par l’origine : la durée est proportionnelle à la taille du fichier.
2. Pour 40 Mo, t = 20 s : le débit vaut 40 ÷ 20 = 2,0 Mo/s = 2,0 × 8 = 16 Mbit/s.
3. t = 50 ÷ 2,0 = 25 s.
4. Taille = 2,0 × 12 = 24 Mo (lecture : 12 s correspond à 24 Mo).

1. Suite lue : 01000010.
2. 01000010 = 64 + 2 = 66, soit la lettre B (A = 65).
3. Durée d’un bit : 4 ms ÷ 8 = 0,5 ms. Débit : 1 ÷ (0,5 × 10⁻³ s) = 2 000 bit/s = 2,0 kbit/s.

1. v = 4 000 km ÷ 20 ms = 200 km/ms = 2,0 × 10⁵ km/s = 2,0 × 10⁸ m/s.
2. t = 6 000 ÷ 200 = 30 ms.
3. Rapport : 3,0 × 10⁸ ÷ 2,0 × 10⁸ = 1,5 : la lumière va 1,5 fois plus vite dans le vide que dans la fibre.

1. Ordre : microphone → numérisation → envoi dans une fibre optique → réception → conversion en signal électrique analogique → haut-parleur.
2. Microphone : analogique ; numérisation : sortie numérique ; fibre et réception : numérique ; conversion : sortie analogique ; haut-parleur : analogique.
3. Le signal numérique est peu sensible au bruit et peut être reconstruit sans perte ; il se copie et se traite facilement.

1. 3 Mo = 3 × 10⁶ × 8 = 2,4 × 10⁷ bits (24 Mbit).
2. 56 kbit/s : 2,4 × 10⁷ ÷ 5,6 × 10⁴ ≈ 429 s (7 min 9 s). 8 Mbit/s : 3,0 s. 100 Mbit/s : 0,24 s. 1 Gbit/s : 0,024 s.
3. 1 Gbit/s ÷ 56 kbit/s = 10⁹ ÷ 5,6 × 10⁴ ≈ 1,8 × 10⁴ : environ 18 000 fois plus rapide.

1. 1 000 × 800 = 800 000 pixels ; 800 000 × 24 = 1,92 × 10⁷ bits ; ÷ 8 = 2,4 × 10⁶ octets = 2,4 Mo.
2. 2,4 ÷ 10 = 0,24 Mo.
3. t = 19,2 ÷ 8 = 2,4 s ; compressée : 1,92 ÷ 8 = 0,24 s.

1. 1011001 contient quatre 1 (nombre pair) : bit de parité 0. Mot transmis : 10110010.
2. 10110010 : quatre 1, nombre pair : aucune erreur détectée. 10110110 : cinq 1, nombre impair : erreur détectée.
3. On ne peut pas corriger : on ne sait pas quel bit est faux. Deux erreurs simultanées ne sont pas détectées (la parité redevient paire).

1. t = 5,0 × 10³ ÷ 3,0 × 10⁸ ≈ 1,7 × 10⁻⁵ s (17 µs).
2. t = 2,02 × 10⁷ ÷ 3,0 × 10⁸ ≈ 6,7 × 10⁻² s (67 ms).
3. Pour le téléphone, la durée est imperceptible ; pour le satellite, 67 ms est très court mais mesurable par les récepteurs, qui s’en servent pour calculer des distances.

1. t = 170 ÷ 340 = 0,50 s.
2. t = 170 ÷ 3,0 × 10⁸ ≈ 5,7 × 10⁻⁷ s.
3. t = 7,2 × 10⁷ ÷ 3,0 × 10⁸ = 0,24 s.
4. La spectatrice voit le tir presque instantanément (0,57 µs) alors que le téléspectateur le voit 0,24 s plus tard ; elle entend le bruit après 0,50 s.

Exemple de réponse : en analogique, chaque amplification renforce aussi le bruit et la déformation, qui s’accumulent sur 2 000 km, et chaque copie dégrade le signal. En numérique, le signal ne prend que des valeurs 0 et 1 : un récepteur peut les régénérer à chaque relais, le bruit n’est pas transmis tant qu’il ne fait pas confondre 0 et 1, et les copies sont identiques. On peut aussi ajouter des codes de détection d’erreur, compresser et stocker facilement. L’inconvénient est le volume de données (échantillonnage et codage) et le besoin d’un débit suffisant. Recommandation : le numérique.