Au sujet des ondes : célérité, acoustique musicale, diffraction, Concours Audioprothésiste Rennes 2013.
 


Célérité dans la fonte.
Sur un conduit de fonte contenant de l'eau, on place un capteur de pression. Un coup est donné dur le conduit à une distance d du capteur. On détecte deux signaux, séparés par un intervalle de temps Dt = 0,46 s.
Que vaut la distance d ? 690 m ; 986 m ; 1610 m ; 2300 m.
Célérité du son dans l'eau : c1 = 1500 m/s ; dans la fonte : c2 = 5000 m/s.
d = c1 t1 ; d = c2 t2 avec t1-t2 = Dt.
t1 = d/c1 ; t2 = d/c2 ; d(1/c1 -1/c2) = Dt.
d (1/1500 -1/5000 ) = 0,46 ; d =986 m.
Onde sur une corde.
On filme la propagation d'une onde le long d'une corde sur un axe x. Par traitement informatique, on a obtenu le graphe suivant donnant, en fonction du temps, l'évolution de la position d'un point M de la corde situé à 40 cm de la source S. t0 = 0 est l'instant où la perturbation a commencé à être émise en S.

Quelle est la célérité de la perturbation ? 0,14 m/s ; 1,23 m/s ; 1,8 m/s ; 3,2 m/s.
La perturbation atteint le poiunt M, situé à 0,40 m de S, au bout de 0,125 s : c = 0,40 / 0,125 = 3,2 m/s.



Célérité des ondes sur un fil.
A 25°C, v = 1000 m/s. On réalise le montage suivant afin de mesurer la calérité des ondes sur le fil du dispositif.

Deux capteurs, reliés en deux points A et B distants de D = 20 m sur le fil du pot de yaourt émetteur E. Les capteurs enregistre l'amplitude de cette perturbation au cours du temps.
A partir de l'enregistrement, déterminer avec que retard t, par rapport au point A, le point B est atteint par le signal.
t = D / v = 20 / 1000 = 0,020 s = 20 ms.
Quelle est la sensibilité horizontale ? 1 ms/div ; 4 ms / div ; 5 ms/div ; 10 ms/div.

Le signal voie 2 est en retard de 20 ms par rapport au signal voie 1 ; cela correspond à 4 divisions sur l'écran.
La sensibilité horizontale est donc : 20 / 4 = 5 ms/div.


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Acoustique musicale.
On enregistre à l'aide d'un microphone, quatre notes produites par des instruments quelconques. On observe sur l'écran d'un ordinateur les oscillogrammes suivants ( 0,25 ms/div et 0,1 V / div ).
La hauteur d'une note est associée à la fréquence du son émis. Plus un son est grave, plus sa fréquence est basse, c'est l'inverse pour un son aigu.

Le(s) son(s) le(s) plus aigu(s) est(sont ) : note 1 ; note 2 ; notes 1 et 2 ; note 4.
La fréquence en hertz est l'inverse de la période exprimée en seconde : f1 = f3 = 1000 / 1,25 = 800 Hz ;
f2 = 1000 / 2,5 = 400 Hz ; f4 = 1000 Hz.
La note 4 possède la fréquence la plus élevée, elle correspond au son le plus aigu.





Laser et diffraction.
On utilise un pointyeur laser dans le montage suivant : une fente verticale de largeur a très petite, est placée sur le trajet du faisceau et un écran est placé à la distance D de la fente. La lumière issue du laser est diffractée. La figure de diffraction est observée sur un écran placé à la distance D de la fente. La largeur de la tache centrale est notée L.


On note 2a l'écart angulaire entre les deux premières extinctions entourant la tache centrale.
On réalise plusieurs mesures de L pour différentes largeurs de la fente a.
Etablir l'expression de L en fonction de a et choisir la bonne représentation graphique.

tan q = ½L/D voisin de q radian pour les angles petits.
d'autre part q = l/a.
avec : l longueur d'onde (m) et a : largeur de la fente (m).
en tenant compte des deux relations ci-dessus : ½L/D=l/a soit a=2lD/L ou L = 2l D/a.
La largeur de la tache centrale est proportionnelle à 1/a. Graphe b.




  



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