Physique – exercices 8 - correction, Exercices de Physique
Eleonore_sa
Eleonore_sa29 April 2014

Physique – exercices 8 - correction, Exercices de Physique

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Physique – exercices sur la célérité des ultrasons - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Caractéristiques générales de l’onde, Comparaison de la célérité dans différents milieux, Ondes ultrasonor...
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Exerice 3 Célérité des ultrasons

Bac S 2012 – Antilles Guyane EXERCICE 3 : CÉLÉRITÉ DES ULTRASONS (4 points) Correction

1. Caractéristiques générales de l’onde 1.1. Oui ; une onde ultrasonore est une onde mécanique car elle correspond à la propagation de zones de compression-dilatation du milieu de propagation (air, liquide, etc.). Une onde ultrasonore a besoin d’un milieu matériel pour se propager contrairement à une onde électromagnétique. 1.2. Non ; une onde ultrasonore est une onde longitudinale car les zones de compression-dilatation du milieu de propagation ont une direction identique à la direction de propagation de l’onde. 1.3. Oui ; les ondes ultrasonores se propagent dans toutes les directions offertes donc généralement dans un espace à trois dimensions. 2. Comparaison de la célérité dans différents milieux 2.1. Tracés des courbes (Voir page suivante).

2.2. Calcul de Vair : Vair = air

L

 donc L = Vair.τair.

Or la courbe L = f(τair) est une droite passant par l’origine donc L est proportionnelle à τair. Le coefficient directeur de la droite, qui s’exprime en m.s1, est la célérité Vair cherchée. Entre les points (0,00 m; 0,00×103 s) et (1,60 m; 4,60×103 s) on a :

Vair =   3

1,60 0,00

4,60 0,00 10 

  = 348m.s1.

Calcul de Vliq : Vliq = liq

L

 donc L = Vliq.τliq. La courbe L = f(τliq) est aussi une droite passant par l’origine

dont le coefficient directeur, correspond à la célérité Vliq cherchée. Entre les points (0,00 m; 0,00×103 s) et (1,60 m; 1,08×103 s) on a :

Vliq =   3

1,60 0,00

1,08 0,00 10 

  = 1,48×103 m.s1.

2.3.Vliq > Vair donc la célérité des ultrasons dans le liquide est plus grande que celle dans l’air. 3 – Ondes ultrasonores progressives et périodiques : mesure de la longueur d’onde. 3.1. Une onde mécanique progressive et périodique est une onde qui se propage dans un seul sens (onde progressive) et dont la perturbation se répète identique à elle-même à intervalles de temps égaux (ondes périodiques).

3.2. La périodicité spatiale de l’onde est caractérisée par la longueur d’onde .

La longueur d’onde est la distance parcourue par l’onde, avec la célérité V, pendant la durée T :  = V.T. C’est aussi la plus petite la distance séparant deux points qui vibrent en phase.

3.3.1. La distance X1 – X0 correspond à la longueur d’onde .

3.3.2. X10 – X0 correspond à une distance égale à 10.

3.3.3. X10 – X0 = 10 donc 10 0 X X

10

   soit

28,5 10

10

   = 8,5×103 m = 8,5 mm.

3.3.4. On a : Vair =  . f donc  = air V

f soit  =

3

345

40 10 = 8,6×103 m = 8,6 mm.

Les deux valeurs de  sont proches : écart relatif de 8,6 8,5

8,6

 = 1,2 %.

Les ondes ultrasonores étudiées ici sont bien des ondes mécaniques et périodiques.

L(m)

0,10

��air(ms) ��liq(ms)

0,20 0

1,00

1,00 2,00 3,00 4,00

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