Travaux pratiques de sciences physisques 15 - correction, Exercices de Physique appliquée
Eleonore_sa
Eleonore_sa28 April 2014

Travaux pratiques de sciences physisques 15 - correction, Exercices de Physique appliquée

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Travaux pratiques de sciences physisques sur la question du bon ou mauvais tuyau - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: le mercure, Les propositions exactes, La relation, Représentation graphique ...
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Exercice 3 Bon ou mauvais tuyau? (4 points)

Bac S Pondichéry 2011 EXERCICE 3 Spécialité : Bon ou mauvais tuyau ? (4 points)

Correction

3.1. (0,25) Le métal très toxique est le mercure.

3.2. (0,25) Le facteur mis en évidence est la température. Généralement la solubilité d’une espèce

chimique augmente avec la température. (remarque : exception pour le CO2 gazeux, dommage !)

3.3. (0,5)Les propositions exactes sont surlignées : Pas évident …

• Dans l'expérience menée, la colonne d'air :

A) vibre librement. Après avoir été excité par la main, l’air vibre librement ; aucun système extérieur ne force l’air à vibrer.

B) est soumise à une excitation forcée. L’excitation est-elle entretenue ??

• Au cours de cette expérience :

C) différents modes propres sont excités simultanément L’excitation par la main ne permet pas d’exciter le seul mode

D) seul le mode fondamental est excité. Il semble difficile d’obtenir un son pur fondamental.

• L'onde sonore se propageant dans l’air est :

E) transversale.

F) longitudinale. http://www.ostralo.net/3_animations/swf/onde_sonore_plane.swf

• Pour chacun des quatre tuyaux, la hauteur de la note est :

G) différente. La hauteur de la note dépend, entre autres, de la longueur du tuyau.

H) identique.

3.4. (0,75)La hauteur des notes correspond à la fréquence du mode fondamental.

Pour les tuyaux 1 et 2 on mesure la période T0 du signal. La fréquence F0 du mode fondamental est

l’inverse de la période T0.

Pour les tuyaux 3 et 4, on peut utiliser la même méthode que précédemment ou exploiter les spectres en

déterminant l’abscisse de la première raie spectrale.

Tube 1 Tube 2 Tube 3 Tube 4

L (cm) 16,6 22,1 33,2 66,4

T0 = 0

1

F (s) 2,0103 2,4103 4,0103 7,7103

F0 (Hz) 5,0102 4,1102 2,5102 1,3102

3.5.1. (0,25) La relation est : v = .F

3.5.2. (0,5)Tuyau 3 : F0 = 2,5102 Hz  1,8 cm

F  5,5 cm  0 5,5

F .F 1,8  soit F = 3,06F0 F 3F0

3.5.3. (0,75) On a  = 4

.L 3

donc v = 4

.L.F 3

et F = 3F0 donc v = 0 4

.L.3F 3

Soit v = 4.L.F0 finalement : L = 0

v

4F

Représentation graphique de L en fonction de 0

1

F :

3.5.4. (0,75)Le graphe est une droite passant par l’origine ; L est donc proportionnelle à 0

1

F

soit L = k. 0

1

F

où k est le coefficient directeur de la droite.

Entre l’origine O et le point M : k = 3

0,60 0

7,0 10 0 

  = 85,71 m.s1 = 86 m.s1

En identifiant les deux expressions : L = 0

v

4F et L = k.

0

1

F

il vient : v

k 4  soit v = 4.k

d’où : v = 485,71 = 343 m.s1 = 3,4.102 m.s1.

L(m)

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0

1

F (103) s

M (7,0.103 s ; 0,60m)

Le propriétaire poursuit ses investigations en utilisant cette fois quatre tuyaux en P.V.C, de

diamètre identique mais de longueurs différentes. Il renouvelle l'expérience menée à la question

4T0

9,0 ms  13,6 cm

Tuyau 1 : 9,0 ms  13,6 cm

4 T0  12,1 cm  , ,

,

 

T0

12 1 9 0

13 6 4 = 2,0 ms = 2,0103 s

0 0

1 F

T  soit 0 3

1 F

2,0 10 

 = 5,0102 Hz

5T0

13,0 ms  14,0 cm

Tuyau 2 : 13,0 ms  14,0 cm

5 T0  13,0 cm  0 13,0 13,0

T 14,0 5

 

 = 2,4 ms = 2,4103 s

0 0

1 F

T  soit 0 3

1 F

2,4 10 

 = 4,1102 Hz

2,0 kHz  14,6 cm

F0

F

Tuyau 3 : F0  1,8 cm

2,0 kHz  14,6 cm  0 2,0 1,8

F 14,6

  = 0,25 kHz = 2,5102 Hz

0

0

1 T

f  soit 0 2

1 T

2,5 10 

 = 4,0103 s = 4,0 ms.

Tuyau 4 : F0  0,9 cm

2,0 kHz  14,0 cm  0 2,0 0,9

F 14,0

  = 0,13 kHz = 1,3102 Hz

0

0

1 T

f  soit 0 2

1 T

1,3 10 

 = 7,7103 s = 7,7 ms.

F0

2,0 kHz  14,0 cm

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