Les ondes, lois de Newton et Kepler. Concours Orthoptie Bordeaux 2016.

Les ondes : caractéristiques et propriétés.
Propagation d'une houle.
Un jour de grand vent, la hauteur des vagues d'une houle ( distance creux-tête) en mer est de 6 m. leur période est de 16 s et la distance entre deux crêtes de vagues successives est de 340 m.
1. A. La houle est une onde progressive sinusoïdale. Vrai.
B. La houle est une onde mécanique transversale. Vrai.
C. la houle est une onde mécanique longitudinale. Faux.
D. La houle n'est pas une onde mécanique. Faux.
E. Aucune des propositions ci-dessus. Faux.

2. A. L'amplitude de la houle est de 6 m. Faux.
La distance creux-tête est égale à 2 fois l'amplitude. A = 3 m.
B. L'amplitude de la houle est de 3 m. Vrai.
C. La longueur d'onde de cette onde est égale à 170 m. Faux.
D. La longueur d'onde de cette onde est égale à 340 m. Vrai.
La longueur d'onde est la distance séparant deux crêtes successives.
E. Aucune des propositions ci-dessus. Faux.

3. A. La fréquence de cette onde est égale à 16 Hz. Faux.
f = 1 / 16 =0,0625 Hz .
B. La fréquence de cette onde est égale à 0,0625 Hz. Vrai.
C. La célérité de cette onde vaut 10,6 m /s. Faux.
c = l / T = 340 / 16 =21,25 m/s.
D. La célérité de cette onde vaut 21,25 m /s.. Vrai.
E. Aucune des propositions ci-dessus. Faux.

Ondes sonores et ultrasonores.
L'oreille humaine perçoit les ondes sonores dont les fréquences sont comprises entre 20 Hz et 20 kHz. Les ultrasons ( US) sont utilisés pour la réalisation d'échographies. Leur longueur d'onde est l = 5 10^-4 m et la vitesse de propagation dans les tissus est v = 1500 m/s. L'onde se propage et se réfléchit quand elle change de milieu. La sonde reçoit alors un signal en écho. On note Dt l'intervalle de temps compris entre l'émission et la détection en écho d'un signal ultrasonique au cours d'une échographie.
4. A. Les ultrasons sont des ondes mécaniques. Vrai.
B. Les ultrasons sont des ondes progressives à une dimension. Faux.
Les ultrasons se propagent dans toutes les directions qui leurs sont permises.
C. La propagation des ultrasons se fait avec un transport d'énergie. Vrai.
D. La propagation des ultrasons se fait avec un transport de matière. Faux.
E. Les ultrasons se propagent dans le vide. Faux.

5. A. La longueur d'onde est la distance parcourue par l'onde en une seconde. Faux.
La longueur d'onde est la distance parcourue par l'onde en une période.
B. La fréquence des ultrasons est de 3 10¹¹ Hz. Faux.
f = v /l =1500 / (5 10^-4) =3 10⁶ Hz = 3 MHz.
C. La fréquence des ultrasons est de 3 MHz. Vrai.
D. La fréquence des ultrasons est de 3 kHz. Faux.
E. L'oreille humaine perçoit ces ultrasons. Faux.

6. A. La vitesse de propagation des ultrasons dépend de la nature des milieux traversés. Vrai.
B. Les ultrasons sont des ondes progressives périodiques de période égale à 0,3 µs. Faux.
T = 1 / f = 1 / (3 10⁶) =3,3 10^-7 s = 0,33 µs.
C. Si Dt = 100 µs, l'épaisseur de tissu traversé est de 7,5 cm. Vrai.
Deux fois l'épaisseur = v Dt ; épaisseur = 1500 x 50 10^-6=0,075 m = 7,5 cm
D.  Si Dt = 100 µs, l'épaisseur de tissu traversé est de 15 cm. Faux.
E. Aucune des propositions ci-dessus. Faux.

Un faisceau lumineux émis par une source laser de longueur d'onde l = 600 nm traverse une fente de largeur a percée dans une plaque. On observe sur un écran placé à une distance D de la fente, des taches lumineuses réparties sur une ligne verticale. La tache centrale est la plus lumineuse et la plus grande.
7.A. Le phénomène observé est la réfraction de la lumière. Faux.
B. Le phénomène observé est la diffraction de la lumière. Vrai.
C. Le phénomène observé est la réflexion de la lumière. Faux.
D.  Le phénomène observé est l'absorption de la lumière. Faux.
E. Aucune des propositions ci-dessus. Faux.

8. La lumière émise par la source laser :
A. est un rayonnement électromagnétique. Vrai.
B. est polychromatique. Faux.
C. est monochromatique. Vrai.
D.  Fait partie du domaine visible. Vrai.
E. Fait partie du domaine des rayons X. Faux.

9. La fréquence de l'onde lumineuse émise par la source est de ::
A. 6 10^-7 Hz. Faux.
f = v / l = 3 10⁸ /(600 10^-9) = 5 10¹⁴ Hz.
B. 180 Hz. Faux.
C. 5 10⁵ Hz. Faux.
D. 1,6 10⁶ Hz.
E. 5 10¹⁴ Hz. Vrai.

10. L'énergie du faisceau laser est de :
A. 3,3 10^-28 J. Faux.
E = h f = 6,6 10^-34 x5 10¹⁴ =3,3 10^-19 J ou 3,3 10^-19 / (1,6 10^-19) = 2,06 eV.
B. 1,06 10^-27 J. Faux.
C. 3,3 10^-19 J. Vrai.
D. 1,06 10^-27 eV. Faux.
E. 3,3 10^-19 eV. Faux.

11. Modifications possibles de la taille l de la tache centrale lumineuse sur l'écran.
A. La taille de la tache centrale augmente si la longueur d'onde l diminue. Faux.
l = 2 l D /a.
B. La taille de la tache centrale est indépendante de la longueur d'onde. Faux.
C. Si la largeur de la fente a est divisée par 2, la valeur de l n'est pas modifiée. Faux.
D. Si la largeur de la fente a est divisée par 2, la valeur de l est deux fois plus grande. Vrai.
E. La taille de la tache centrale diminue quand l'écran se rapproche de la fente.Vrai.

12. Modifications possibles de la forme des taches lumineuses observées sur l'écran.
A. Si la fente est verticale les taches lumineuses formées sur l'écran ne sont pas modifiées. Vrai.
Elles conservent la même forme mais elles sont horizontales.
B. Si la fente est verticale, les taches lumineuses s'alignent horizontalement. Vrai.
C. Si la plaque est percée d'un orifice circulaire, les taches lumineuses formées sur l'écran ne sont pas modifiées. Faux.

on observe un maximum principal d'intensité I₀, entouré de maximums secondaires d'intensité beaucoup plus faibe respectivement 0,017 I₀, 0,004 I₀

D. Si la plaque est percée d'un orifice circulaire, on observe sur l'écran une tache lumineuse circulaire entourée d'anneaux lumineux concentriques. Vrai.
E. Aucune des propositions ci-dessus. Faux.