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

Travaux pratiques de sciences physisques - au concert - correction, Exercices de Physique appliquée

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Travaux pratiques de sciences physisques sur la situation au concert - correction - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Sons et ondes, Sons et musique, Autres phénomènes sonores, Intensité acoust...
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Exercice 3 Spécialité: Au concert (4 points)

Bac S Liban 2010 EXERCICE III : AU CONCERT (4 points) Correction

1. Sons et ondes. 1.1. Pour produire un son, un instrument de musique doit vibrer (grâce à un excitateur qui peut être une corde, une colonne d’air, une membrane, etc.) et émettre (en assurant le couplage entre l’excitateur et l’air). 1.2.1. L’onde stationnaire (bien que composée d’ondes progressives) présente des points fixes (nœuds) et apparaît immobile pour l’observateur. 1.2.2. Les deux extrémités de la corde imposent des points fixes qui constituent deux nœuds. En lumière naturelle, le mode fondamental fait apparaître un fuseau : 2. Sons et musique. 2.1.1. Le diapason fournit un son pur (sinusoïdal) : ce qui correspond au document 1. La guitare fournit un son complexe (périodique mais non sinusoïdal) : associé au document 2.

2.1.2. Document 1 Diapason

Document 2 Guitare

pour le diapason : Échelle du document : 10 ms  7,2 cm Mesure : 4T→ 6,6 cm

T = (106,6)/(47,2) = 2,29 ms = 2,2910–3 s et f = 1/T

f = 436 Hz = 4,4102 Hz

pour la guitare : Échelle du document : 10 ms  7,5 cm Mesure : 4T→ 6,8 cm

T = (106,8)/(47,5) = 2,27 ms = 2,2710–3 s et f = 1/T

f = 441 Hz = 4,4102 Hz

2.1.3. La fréquence fondamentale du son traduit sa hauteur. 2.2.1. Les différents pics correspondent aux fréquences des harmoniques qui composent le son.

Le premier pic est l’harmonique n°1 ou fondamental de fréquence f1 = 4,4102 Hz Les pics suivants sont les harmoniques (n° 2, 3, 4 et 5) du son produit par l’instrument dont

les fréquences sont des multiples de f1, telles que fn = n.f1 avec n Є *

2.2.2. Le profil spectral caractérise le timbre du son musical produit par l’instrument. 2.2.3. Le diapason produit un son pur donc le spectre

a un seul pic : le fondamental dont la fréquence est de 440 Hz.

L’amplitude relative est prise à 1 puisqu’il n’y a qu’une seule fréquence.

nœud ventre

nœud

position de la corde au

repos

4 T

3. Autres phénomènes sonores 3.1. L’analyse du spectre de la cloche (document 5) montre une fréquence fondamentale à environ 130 Hz et des composantes de fréquences 260 Hz, 300 Hz, 340 Hz, 520 Hz et 600 Hz. f’1 = 130 Hz → la note produite est un Do2 de fréquence théorique 130,8 Hz. 3.2. Le son produit contient les harmoniques 2 et 4 (f’2 = 260 Hz, f’4 = 520 Hz), tandis que l’harmonique de rang 3 est absent. De plus d’autres pics sont présents. La formule proposée fn = n.f1 ne semble pas s’appliquer à la cloche. 3.3. Le spectre est continu, aucun fondamental n’est décelable et il ne s’agit pas d’un son musical. 3.4. Les sons dits « musicaux » sont des vibrations strictement périodiques. Leur décomposition en série de Fourier conduit à une somme de fonctions sinusoïdales dont les fréquences sont multiples de la fréquence du fondamental. Les sons qui ne respectent pas ce cadre sont des bruits. 4. Intensité acoustique et niveau sonore.4.1. L = 10 log Error!

donc Error!= ( / )1010 L ainsi I = I0. ( / )1010 L

Pour la guitare, il vient : I = 10 –12 × 10 62/10

= 1,6.10 – 6 W.m–2

Annexe document 7 guitare percussion flûte chant

Niveau sonore (dB) 62 65 61 64

Intensité acoustique I (10 – 6 W.m–2) 1,6 3,2 1,3 2,5

4.2. Les intensités acoustiques sont additives, pas les niveaux sonores (la valeur 252 dB est à écarter) Le niveau total doit être supérieur au niveau sonore le plus élevé donc Ltotal > 65dB La seule valeur correcte est 69 dB On peut également mener le calcul : Itotal = Iguit. + Ipercu + Iflûte + Ichant = 1,6.10 – 6 + 3,2.10 – 6 + 1,3.10 – 6 + 2,5.10 – 6 = 8,6.10 – 6 W.m–2 Ltotal = 10 log Error! = 10 log Error! = 69,3 dB = 69 dB avec deux chiffres significatifs.

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