Science physisques - exercitation sur le relief du fond marin avec un sondeur - correction, Exercices de Chimie Physique
Eleonore_sa
Eleonore_sa29 April 2014

Science physisques - exercitation sur le relief du fond marin avec un sondeur - correction, Exercices de Chimie Physique

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Science physisques - exercitation sur "comment déterminer le relief du fond marin avec un sondeur" - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: étude de l’onde ultrasonore dans l’eau de mer., Déterminat...
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Exercice 2 : Comment déterminer le relief du fond marin avec un sondeur

Amérique du nord 2007Correction

Exercice 2 : Comment déterminer le relief du fond marin avec un sondeur ? (5,5 points)

1. étude de l’onde ultrasonore dans l’eau de mer.

1.1. Une onde mécanique progressive est le phénomène de propagation d’une perturbation dans un milieu

sans transport de matière.

1.2. L’onde ultrasonore est une onde longitudinale car la direction de la perturbation est parallèle à la

direction de propagation de l’onde.

Voir l’animation d’Adrien Willm : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/onde_sonore_plane.swf

1.3.1. La lumière peut être diffractée : lorsque la lumière rencontre un obstacle ou un trou de faible

dimension alors elle subit le phénomène de diffraction.

Voir l’applet Java de Gilbert Gastebois :

http://perso.orange.fr/gilbert.gastebois/java/diffraction/diffractrou/diffractrou.html

1.3.2. La lumière se propage dans le vide contrairement à une onde mécanique. Sur Terre, on peut recevoir

la lumière émise par les étoiles après propagation dans le vide de l’espace.

2. Détermination de la célérité des ondes ultrasonores dans l’eau.

2.1. La célérité des ultrasons est plus grande dans l’eau de mer que dans l’air. Ainsi la salve d’ultrasons

émise sera reçue en premier par le récepteur B, puis ensuite par le récepteur A.

2.2. Les ultrasons parcourent la distance d.

Dans l’air vair = 0A

d

t t , en posant t0 = 0 (instant du début de l’émission de la salve) on a vair =

A

d

t .

Dans l’eau de mer veau = 0B

d

t t =

B

d

t .

D’après l’énoncé : veau > vair

donc B

d

t >

A

d

t

soit 1

Bt >

1

At

alors tB < tA

Le récepteur B perçoit en premier les ultrasons, ensuite le récepteur A. Donc le retard a pour expression :

t = tA – tB.

2.3.1. vair = A

d

t soit tA =

vair

d

D’autre part, veau = B

d

t soit tB =

veau

d .

t = tA – tB

t = vair

d

veau

d

t = d. air eau

1 1

v v

   

 

2.3.2. La relation obtenue en 2.3.1. montre que t est proportionnelle à d.

La courbe représentative de d en fonction de t est une droite passant par l’origine, ce qui est cohérent

avec cette proportionnalité.

2.3.3. Soit le point A (dA = 1,10 m ; tA = 2,50 ms = 2,5010–3 s)

Notons a le coefficient directeur de cette droite passant par l’origine : tA = a.dA, alors a = A

A

t

d

a = 32,50 10

1,10

 = 2,2710–3 s.m-1

Le coefficient directeur a pour expression littérale a = air eau

1 1

v v

   

 

donc a = eau air

air eau

v v

v .v

     

a.vair.veau = veau – vair

a.vair.veau – veau = – vair

veau (a.vair –1) = – vair

veau =  

v

.v 1

air

aira

 =  

v

1 .v

air

aira

veau = 3

340

1 2,27 10 340  

veau = 1,50103 m.s-1 = 1,50 km.s-1 Ce résultat est cohérent avec celui indiqué juste après dans la partie 3.

3.Détermination du relief des fonds marins

3.1.1. L’émission a lieu avant la réception… donc la voie 1 représente le signal émis, et la voie 2 le signal

reçu.

3.1.2. t  2,7 cm

1010 ms  10 cm

t = 2,7 10 10

10

  = 27 ms = 2710–3 s

3.1.3. Pour xA = 0 m, t correspond à un carreau

verticalement.

L’échelle verticale de la figure 3 est donc

1 carreau représente 27 ms.

3.2. Les ultrasons émis se dirigent vers le fond, ils parcourent la distance p ; puis ils reviennent vers le

bateau et parcourent à nouveau la distance p.

veau = 2d p

t t

  donc p =

.v

2

eaut

3.3. Pour 0 < x < 10 m : t  1 carreau

p = 3 327 10 1,50 10

2

   = 20 m

Pour 10 < x < 30 m : t  3 carreaux

p = 3 33 27 10 1,50 10

2

    = 60,75 m = 6101 m

On peut penser que la détermination de t étant peu précise, l’échelle de la figure 4 est sans doute de 1 carreau pour 20 m.

3.4. Pour que le signal émis et son écho ne se chevauchent pas, il faut que l’écho soit revenu avant une

durée égale à Tm, soit avant qu’un nouveau signal ne soit émis.

Les ultrasons doivent parcourir la distance 2p en une durée inférieure à Tm.

v = 2p

t soit 2p = v.t avec t < Tm

2p < v.Tm

2

v

p < Tm

Tm > 3

2 360

1,50 10

Tm > 0,48 s. Voir l’animation d’Adrien Willm : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/sonar.swf

t

10 cm

2,7 cm

20

40

60

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