Exercitations - sciences physisques - Produire des sons écouter, Exercices de Chimie Physique
Eleonore_sa
Eleonore_sa28 April 2014

Exercitations - sciences physisques - Produire des sons écouter, Exercices de Chimie Physique

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Exercitations de sciences physisques sur le fait de roduire des sons écouter. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Expressions théoriques, Détermination de la vitesse de propagation d'une onde sonore le long ...
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Produire des sons, écouter – Spé – Antilles 2004 – 4 points

Antilles Septembre 2004 Exercice 3. Produire des sons, écouter (4 points)

1. Expressions théoriques

1.1. On suppose qu'une onde progressive se déplace sans atténuation, le long d'une corde tendue entre

deux points fixes distants de L. L'onde subit une réflexion sur chaque extrémité.

Cette onde s'est propagée, après un aller-retour elle réapparaît identique à elle-même ; le phénomène est

donc périodique de période T0.

Exprimer T0 en fonction de la longueur L de la corde tendue, de la vitesse v de propagation du signal le

long de cette corde.

1.2. Si l'onde progressive est sinusoïdale, elle se reproduit identique à elle-même avec une période T ;

pendant cette période, elle s'est propagée d'une distance égale à une longueur d'onde λ.

Exprimer alors la relation entre T (période de l'onde sinusoïdale), λ (longueur d'onde de l'onde

sinusoïdale) et v (vitesse de propagation du signal le long de la corde).

1.3. On donne la relation liant T0 et T, lorsque l'onde progressive se propageant et se réfléchissant le

long d'une corde tendue est sinusoïdale : T0 = n × T.

Comment nomme t-on une telle onde ?

1.4. Déduire de la relation donnée au 1.3. , et des résultats des questions 1.1. et 1.2. l'expression de la

longueur d'onde λ de l'onde sinusoïdale en fonction de la longueur L de la corde tendue.

1.5. On suppose que la corde tendue émet un son de fréquence fn.

On donne la relation liant la longueur d'onde λ de l'onde sinusoïdale, la fréquence fn du son émis par la

corde tendue et la vitesse v de propagation du signal le long de la corde : λ = nf

v .

Déduire de cette relation et du résultat de la question 1.4. une relation entre la fréquence fn du son émis

par la corde tendue, la vitesse v de propagation du signal le long de la corde et la longueur L de la corde

tendue.

2.Détermination de la vitesse de propagation d'une onde sonore le long d'une corde tendue

Une corde de guitare tendue de longueur à vide L1 = 68 cm est accordée sur une note.

On pince la corde et on mesure la fréquence du son émis grâce à un microphone couplé à la carte son

d'un ordinateur, muni d'un logiciel de traitement du son.

Le logiciel d'acquisition est muni d'un filtre électronique lui permettant d'isoler la fréquence de réponse

spectrale de plus grande amplitude : la fréquence fondamentale.

2.1. Quelle(s) condition(s) doit remplir un instrument de musique pour produire un son ?

2.2. À partir de l'oscillogramme ci-après, déterminer la valeur de la période T1 ainsi que la fréquence f1 du

son émis par la corde tendue.

Figure 1 : longueur à vide L1

2.3. Déterminer la valeur de la vitesse de propagation de l'onde sonore le long de la corde à partir de la

relation établie à la question 1.5. et de la valeur de la fréquence f1.

3. Détermination de la longueur d'une corde

On diminue la longueur L libre de la corde de guitare. On pince la corde et on mesure à nouveau la

fréquence fondamentale du son émis.

3.1. Déterminer, à partir de l'oscillogramme ci-dessous, la valeur de la période T2 et celle de la fréquence

f2 du son émis.

3.2. On suppose que la vitesse v de propagation de l'onde sonore est toujours la même qu'à la question

2.3. ; déduire du résultat de la question 3.1. et de la relation établie au 1.5. , la longueur libre L2 de la

corde.

4. Modes de vibration d'une corde tendue entre deux points fixes

4.1. Allure de la corde et vocabulaire

On donne, en annexe 3, l'allure d'une corde, lors d'une mesure de fréquence correspondant à un mode

harmonique : légender le schéma en annexe 3. L'annexe 3 est à rendre avec la copie.

4.2.Donner sur un schéma, l'allure de la corde, lors de la mesure de la fréquence correspondant au mode

harmonique 3.

Figure 2 : longueur à vide L2

5. Acoustique musicale et physique des sons

5.1. Hauteur d'un son

On joue une note de fréquence f '1 avec un autre instrument de musique : on obtient la réponse en

fréquence suivante :

5.1.1. Définir la hauteur d'un son.

5.1.2. Préciser la hauteur du son correspondant à la note de fréquence f '1.

5.2. Préciser de quoi dépend le timbre d'un son.

5.3. Comparer les hauteurs et les timbres des sons correspondant aux fréquences f1 et f '1.

ANNEXE 3

Figure 3 : f '1 avec un autre instrument de musique

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