Exercitations - sciences physisques - le son - correction, Exercices de Chimie Physique
Eleonore_sa
Eleonore_sa28 April 2014

Exercitations - sciences physisques - le son - correction, Exercices de Chimie Physique

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Exercitations de sciences physisques sur le son - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: le mode fondamental de vibration, la fréquence du générateur, le mode de vibration de rang n = 2.
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Exercice III. A propos du son (4 points) spécialité

EXERCICE III. À PROPOS DU SON (4 points) Spécialité Amérique du sud 11/2008 Correction PARTIE A : Une onde transversale se propage le long d’une corde dont l’extrémité est fixe (figure 1a). AFFIRMATION 1 FAUX Après réflexion sur l’extrémité fixe de la corde, la perturbation de l’onde incidente et de l’onde réfléchie sont opposées. On a en réalité : PARTIE B : AFFIRMATION 2 FAUX. La corde émet un son, mais celui-ci n’est audible qu’à courte distance. En effet le dispositif ne dispose pas d’un résonateur (caisse de résonance). AFFIRMATION 3 VRAI. Le mode de vibration observé sur la figure 2 est le mode fondamental, la corde présente un seul fuseau. AFFIRMATION 4 FAUX. Le point A n’est pas un ventre de vibration, il s’agit d’un nœud de vibration puisqu’il est immobile. AFFIRMATION 5

FAUX. Dans le mode fondamental, pour qu’il puisse s’établir un régime d’ondes stationnaires, il faut que L = /2.

La longueur d’onde  est constante, si on diminue la longueur L de la corde, il ne pourra pas s’établir d’onde stationnaire, et aucun fuseau ne sera visible. AFFIRMATION 6

VRAI. L = D = n. /2, dans le mode fondamental de vibration n =1, soit D = /2 donc  = 2D = 80 cm AFFIRMATION 7

FAUX. Pour observer n fuseaux, il faut L= n. 

2 ou  =

2L

n . D’autre part  =

v

 .

Ainsi v

 =

2L

n ou n = .

2L

v

Sans changer la masse m, la célérité v de l’onde reste constante. La fréquence  passe de 220 Hz à 110 Hz, elle est divisée par 2, alors le nombre de fuseaux sera divisée par 2. Cela conduit à n = ½ , n est non entier alors il ne peut pas y avoir établissement d’ondes stationnaires. Aucun fuseau n’est visible dans ce cas. Pour obtenir 2 fuseaux, il faudrait multiplier par 2 la fréquence. AFFIRMATION 8 VRAI. En réglant à nouveau la fréquence du générateur sur 220 Hz, on peut observer deux fuseaux en remplaçant la masse m par une masse m’ = m/4.

v = .m g

 donc v’ =

.

.

m g

4  =

. .

1 m g

2  =

v

2 . La célérité de l’onde est divisée par deux.

’ = v

2 =

2

 . ’ = 40 cm

L = D = ’ = 2. '

2

 . La corde vibre suivant le mode de vibration de rang n = 2, on observe 2 fuseaux.

Figure 1a extrémité fixe

Figure 1b extrémité fixe

Le niveau sonore L est lié à l’intensité sonore I par la relation L = 10 log

0

I

I dans laquelle I0 est une intensité

sonore de référence (I0 = 1,010 –12 W.m –2). AFFIRMATION 9

FAUX. À une intensité sonore I = 1,010 –7 W.m-2 correspond un niveau sonore L = 50 dBA et non 60 dBA.

L = 10 log ,

,

7

12

1 0 10

1 0 10

 = 10 log 1,0105 = 50 dBA

AFFIRMATION 10 VRAI. Quand l’intensité sonore est doublée, le niveau sonore augmente de 3 dBA.

L’ = 10 log

0

I . I

2 = 10 (log2 + log 0

I

I ) = 10 log2 + 10 log

0

I

I

L’ = 3,0 + L PARTIE C : AFFIRMATION 11

VRAI. Le son enregistré sur la figure 3 a pour fréquence du fondamental f = 4,4  102 Hz. AFFIRMATION 12 FAUX. Le spectre de la figure 4 montre un pic correspondant au fondamental de fréquence

f = 0,44 kHz = 4,4102 Hz, mais on n’observe aucun autre pic. Ce spectre correspond à un son pur, dont l’allure de la tension aux bornes du microphone serait parfaitement sinusoïdale. AFFIRMATION 13 VRAI. Les spectres des figures 4 et 5 correspondent à des notes de même hauteur, puisqu’ils présentent un fondamental de même fréquence. AFFIRMATION 14 FAUX. Les spectres des figures 4 et 5 correspondent à des notes jouées par des instruments différents, puisque ces spectres ne présentent pas les mêmes harmoniques. Il s’agit de deux sons de timbres différents.

T = 1/f = 2,3 ms

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