Questions de cours, un caillou dans la mare. Concours Orthoptie Montpellier 2015

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Questions de cours.
Définir le front d'onde.
Le front d'onde est une surface : tous les points de cette surface ont mis le même temps de parcours depuis la source.
Si on crée une perturbation à chaque extrémités d'une corde, que se passe-t-il au moment où les deux ondes se rencontrent ?

Les deux ondes se superposent tout en gardant leur forme initiale. Puis les deux ondes reprennent leurs cours comme si de rien n'était.
Enoncer la première loi de Newton.
Dans un réfrentiel galiléen, le centre d'inertie d'un système pseudo-isolé est soit au repos ( si la vitesse initiale est nulle), soit animé d'un mouvement rectiligne uniforme et réciproquement.
Qu'appelle -t-on référentiel galiléen ?
Dans un référentiel galiléen, la première loi de Newton s'applique.
Par quel type de transfert un objet peut-il emmagasiner de l'énergie ?
Travail mécanique ( le travail d'une force peut élever un objet ; ce dernier stocke l'énergie sous forme potentielle de pesanteur).
Transfert thermique ( au contact d'une source chaude, un corps froid voit son énergie interne augmenter ).
Rayonnement ( un objet laissé au soleil voit sa température croïtre).
Comment les images numériques sont-elles définies ?
Elles est composée d'un tableau de points à plusieurs dimensions ( hauteur, largeur, profondeur, temporelle). Dans le cas d'une image à deux dimensions, les points sont appelés pixels.
Définir à l'aide d'un schéma, la chaine de transmission de l'information.
Un convertisseur analogique numérique ( CAN) est l'élément central d'une chaîne de transmission d'informations. Il permet de transformer un signal électrique analogique en signal électrique numérique ne prenant que des valeurs discrètes codées en langage binaire. Une chaîne de transmission d'informations contenant une centrale d'acquisition munie d'un CAN est paramétrée comme indiqué sur le schéma ci-après pour enregistrer la totalité d'un signal analogique de durée Dt = 3,0 s.


Que pouvez-vous dire du codage RVB ?
Le mode de représentation RVB( rouge, vert, bleu ) est le plus utilisé pour la restitution de l'image. L'image est composée d'une matrice de points appelés pixels. Un pixel est composé de trois couleurs ( le rouge, le vert, le bleu). Le mode de composition des couleurs se fait par addition des couleurs. En jouant sur l'intensité de chacune d'elle, on peut recréer les autres couleurs.





Un caillou dans la mare.
Un caillou jeté dans l'eau soulève un volume d'eau V = 200 mm3 d'une hauteur h = 5 cm ar rapport à la surface de l'eau.
Déterminer l'énergie potentielle de pesanteur stockée dans la goutte d'eau.
La surface de l'eau est choisie comme origine de l'énergie potentielle.
Ep = V reau g h = 200 10-9 *103 *9,81 *0,05 =9,81 10-5 ~9,8 10-5 J.
Quand le volume d'eau retombe, il provoque la formation d'une onde. Est-elle transversale ou longitudinale ? Faire un schéma justificatif.
On observe des rides circulaires centrés sur le point d'impact. La déformation du milieu est verticale, perpendiculaire à la direction de propagation d el'onde.


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On enregistre l'évolution du rayon du front d'onde au cours du temps ( t=0 lorsque l'onde commence à se propager ).
t(s)
0,0
0,50
1,0
1,50
2,0
2,50
r(m)
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
Tracer la courbe donnant les valeurs du rayon en fonction du temps.

La valeur de la célérité de l'onde est-elle constante ? Justifier à partir du graphe.
Le rayon du front d'onde est proportionnel au temps : la célérité de l'onde est constante et vaut v = 0,2 m /s.
Donner la valeur du retard du mouvement d'un point M situé à une distance d = 1,0 m du point de chute du caillou.
q = d / v = 1,0 / 0,2 = 5,0 s.
Quelle est la forme du front d'onde à la surface de l'eau ? Dessiner l'allure du front d'onde à t1 = 0,2 s et à t2 = 0,3 s.
On observe des rides circulaires centrés sur le point de chute.
Distance parcourue par le front d'onde à t1 = 0,2 s : 0,2*0,2 = 0,04 m = 4 cm.
Distance parcourue par le front d'onde à t1 = 0,3 s : 0,2*0,3 = 0,06 m = 6 cm.

L'énergie du front d'onde se répartit uniformément sur toute la longueur du front d'onde. L'énergie linéique ou énergie par unité de longueur du front d'onde et l'amplitude z du front sont reliés par la relation El = rgz3.
El  : énergie linéique J m-1 ; r : masse volumique de l'eau kg m-3 ; z : amplitude de l'onde en mètre.
On suppose que l'énergie portée par le front d'onde est constante. Donner l'expression de l'amplitude de l'onde en fonction du rayon r du front d'onde, du volume V et de la hauteur h de la goutte.
El =Ep / r = V r g h / r =r g z3 ; h / r = z3 ;  z = (V h / r)1/3.
Donner l'expression de l'amplitude en fonction du temps.
z = (V h / (0,2 t))1/3 = (5V h / t )1/3 .
L'oeil est capable de voir le front d'onde d'amplitude supérieure à zmini = 1 mm. Combien de temps l'observateur peut-il voir l'onde se propager ( arrondi à la seconde) ?
t =
5V h / z3mini =5*200 10-9 *0,05 / 10-9= 50 s.
Quel est le rayon maximum du front d'onde observable ?
r = 0,2 t = 0,2*50 = 10 m.


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