QCM Ondes. Concours Advance 2015

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Onde sonore.
Un joueur de harpe fait vibrer une corde en la pinçant pour obtenir la note do2. Le son est capté par un microphone relié à un ordinateur. Le son est analysé et on obtient le spectre n°1 ci-dessous :

A.  L’onde créée sur la corde est une onde longitudinale. Faux.
L'onde créé est transversale.
B. La hauteur du son est de 130 Hz. Vrai.
La hauteur correspond à la fréquence du fondamental.
Le joueur joue une nouvelle note qui est enregistrée et analysée. Le spectre n°2 est ainsi obtenu.

C. La note du spectre n°2 est plus grave que la note du spectre n°1. Faux.
 La hauteur de cette nouvelle note est égale à 260 Hz. Plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu.
L’intensité du son enregistré pour la note n°1 vaut I=1,0. 10-6 W.m-2.
D. Le niveau sonore est de 60 dB. Vrai.
L = 10 log ( I / I0) =10 log (1,0 10-6 / 10-12) =10 log (1,0 106) = 60 dB.
E. Le niveau sonore est doublé si deux notes sont jouées simultanément avec la même intensité sonore. Faux.
L'intensité sonore double et le niveau sonore augmente de 10 log2 ~ 3 dB.
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Ondes ultrasonores.
On réalise le montage ci-dessous :

Le générateur E émet une onde ultrasonore, de fréquence f=50 kHz, qui se propage vers les récepteurs R1 et R2. L’émetteur E et les récepteurs R1 et R2 sont alignés. Lorsque R2 est situé à 2,8 cm de R1, les signaux reçus par l’oscilloscope sont en phase.
A. La période des ultrasons est égale à 20 μs. Vrai.
T = 1 / f = 1/(50 103) =2,0 10-5 s = 20 µs.
B. La longueur d’onde est la distance parcourue par l’onde pendant une période T. Vrai.
Lorsque l’on recule R2, les signaux se décalent. Il faut reculer R2 de façon qu’il se situe à une distance d’= 3,5 cm pour que les signaux soient de nouveau en phase.
C. La longueur d’onde est égale à 3,5 cm. Faux.
Les signaux sont à nouveau en phase lorsque la distance séparant les récepteurs est un multiple de la longueur d'onde. l = 3,5-2,8 = 0,7 cm.
D. La vitesse de propagation de l’onde ultrasonore est v= 350 m.s-1. Vrai.
v = l f = 7 10-3 *50 103 = 3,5 102 m / s.
On immerge l’ensemble dans l’eau. On répète l’expérience précédente. Il faut alors éloigner R2 de R1 d’une distance de 5,6 cm pour obtenir à nouveau deux signaux en phase.
E. La vitesse de propagation de l’onde ultrasonore dans l’eau est de 1400 m.s-1. Vrai.
l = 5,6-2,8 = 2,8 cm.
v = l f = 2,8 10-2 *50 103 = 1,4 103 m / s.




Cuve à ondes.
Sur une cuve à onde, on fait tomber des gouttes d’eau à intervalles de temps réguliers à la fréquence de 120 gouttes par minute. La profondeur de la cuve est constante. On obtient par stroboscopie la figure suivante. La distance d mesure 6,0 cm.

A. L’onde à la surface de l’eau est mécanique et progressive. Vrai.
B. La longueur d’onde l vaut 1,5 cm. Vrai.
d est la distance entre quatre crètes consécutives : d = 4 l ; l = d / 4 = 6,0 / 4 = 1,5 cm.
C. La vitesse de propagation de l’onde est v = 3,0 m /s. Faux.
Fréquence f = 120 / 60 = 2 gouttes par seconde ; v = l f = 2*0,015 = 0,030 m / s.
On dépose deux bouchons de liège en des points M et N tels que SM = 3,5 cm et SN = 6,5 cm.
D. Les deux bouchons ne vibrent pas en phase. Faux.
SN -SM =6,5-3,5 = 3,0 cm.
Les deux bouchons étant distants d'un nombre entier de longueur d'onde, vibrent en phase.
On crée, à la surface de l’eau, une onde rectiligne de même fréquence et même vitesse de propagation que précédemment.
On dépose une ouverture de largeur a à une distance de 5,0 cm de la source S, l’onde est alors diffractée d’un angle q = 0,5 rad.
E. La largeur de l’ouverture est a = 3 cm. Vrai.
q = l / a ; a = l / q =1,5 / 0,5 = 3,0 cm.

Interférences.
On réalise une figure d’interférence à l’aide de deux fentes d’Young placées devant un faisceau laser et séparées par une distance a = 0,50 mm. La figure est observée sur un écran placé à la distance D= 1,50 m des fentes. On mesure la distance entre le centre de deux franges sombres consécutives, on obtient  i = 1,80 mm.
La relation reliant l’interfrange i, la longueur d’onde l et la distance fente-écran D est i = lD/a.
A. Ce phénomène met en évidence le phénomène corpusculaire de la lumière. Faux.
Les interférences mettent en évidence le caractère ondulatoire de la lumière.
B. On ne peut pas obtenir de figures d’interférences à la surface de l’eau. Faux.
C. L’interfrange ne peut pas être mesuré à l’aide des franges brillantes. Faux.
L'interfrange est la distance séparant deux franges consécutives de même nature.
D. La longueur d’onde du faisceau laser est l = 600 nm. Vrai.
l = i a /D = 1,80 10-3 *0,50 10-3 / 1,50 =0,60 10-6 m = 6,0 102 nm.
E. Le nombre de chiffres significatifs du résultat précédent est en accord avec les données de l’expérience. Faux.


  

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