Donc, ce contrôle de physique-chimie de première sur les ondes mécaniques progressives dure 55 minutes. Puis la calculatrice est autorisée. Ensuite, le barème total est de 20 points ; les unités et les chiffres significatifs comptent dans la notation.
Données : célérité du son dans l’air vair = 340 m·s−1 ; célérité du son dans l’eau de mer veau = 1 500 m·s−1.
Enfin, ce contrôle est à télécharger en PDF et à imprimer gratuitement : le bouton se trouve en bas de la page, sans inscription.
Le sujet du contrôle sur les ondes mécaniques
Exercice 1 : questions de cours (3 points)
- Définir une onde mécanique progressive. (1 point)
- Donner un exemple d’onde transversale et un exemple d’onde longitudinale, en précisant à chaque fois la direction de la perturbation par rapport à celle de propagation. (1 point)
- Ensuite, le son peut-il se propager dans le vide ? Justifier en une phrase. (1 point)
Exercice 2 : une onde le long d’une corde (5 points)
Puis, une onde sinusoïdale se propage le long d’une longue corde élastique. Puis le graphique A donne l’aspect de la corde à un instant donné ; le graphique B donne le mouvement au cours du temps d’un point de la corde.
- L’onde est-elle transversale ou longitudinale ? Justifier. (1 point)
- Déterminer graphiquement la longueur d’onde λ. (1 point)
- Déterminer graphiquement la période T, puis calculer la fréquence f. (1 point)
- Calculer la célérité v de l’onde. (1 point)
- Au bout de quelle durée la perturbation atteint-elle un point situé à 2,4 m de la source ? (1 point)
Exercice 3 : sonar et orage (4 points)
Ainsi, un bateau émet une brève impulsion ultrasonore verticalement vers le fond ; l’écho est reçu 0,080 s après l’émission.
- Pourquoi la distance parcourue par l’onde n’est-elle pas égale à la profondeur ? (1 point)
- Calculer la profondeur de l’eau. (1,5 point)
- Lors d’un orage, on perçoit le tonnerre 6,0 s après avoir vu l’éclair. À quelle distance la foudre est-elle tombée ? (1 point)
- Pourquoi voit-on l’éclair bien avant d’entendre le tonnerre ? (0,5 point)
Exercice 4 : retard entre deux récepteurs (4 points)
Par ailleurs, un émetteur envoie des salves d’ultrasons de fréquence f = 40 kHz. Deux récepteurs R1 et R2 sont alignés avec l’émetteur, R2 étant plus éloigné ; la distance R1R2 vaut d = 0,85 m. De plus, l’oscilloscope, de balayage 0,50 ms par division, affiche en haut le signal de R1 et en bas celui de R2.
- Mesurer le retard τ entre les deux salves. (1 point)
- De plus, en déduire la célérité v des ultrasons dans l’air. (1 point)
- Calculer la longueur d’onde λ des ultrasons. (1 point)
- Donc, on émet maintenant des ultrasons en continu. De quelle distance minimale faut-il éloigner R2 pour que les deux signaux soient de nouveau en phase ? (1 point)
Exercice 5 : la houle et le bouchon (4 points)
Au large, la houle a une longueur d’onde λ = 60 m et une période T = 6,0 s. Ensuite, un bouchon flotte à la surface de l’eau.
- Calculer la célérité de la houle. (1 point)
- Quelle durée met une crête pour parcourir 150 m ? (1 point)
- Combien d’oscillations complètes le bouchon effectue-t-il en 2,0 minutes ? (1 point)
- Enfin, le bouchon ne se déplace pas avec la houle : que transporte alors l’onde ? (1 point)
