Science physisques - exercitation sur la propagation d'une onde, Exercices de Chimie Physique
Eleonore_sa
Eleonore_sa29 avril 2014

Science physisques - exercitation sur la propagation d'une onde, Exercices de Chimie Physique

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Science physisques - exercitation sur la propagation d'une onde. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Étude sur une cuve à ondes, Ondes périodiques, Un phénomène caractéristique des ondes.
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EXERCICE 3 : PROPAGATION D'UNE ONDE ' points

2006 Réunion EXERCICE 3 : PROPAGATION D'UNE ONDE ( 4 points )

I. Étude sur une cuve à ondes. On laisse tomber une goutte d'eau sur une cuve à ondes. Le fond de la cuve à ondes présente un décrochement de telle sorte que l'onde créée par la chute de la goutte d'eau se propage d'abord à la surface de l'eau dont l'épaisseur au repos est e1 = 3 mm puis ensuite à la surface de l'eau dont l'épaisseur au repos est e2 = 1 mm. On filme la surface de l'eau à l'aide d'une webcam. Le clip vidéo est effectué avec une fréquence de 24 images par seconde. Le document 1 (annexe 1) représente les positions du front de l'onde créée par la chute de la goutte d'eau, repérées sur les images n° 1, n° 7, n° 8 et n° 14 du clip. I.1. Donner les définitions d'une onde transversale et d'une onde longitudinale. À quelle

catégorie appartient l'onde créée par la goutte d'eau sur la cuve à ondes ? I.2. Calculer la célérité c de cette onde pour les deux épaisseurs d'eau mentionnées dans le

document 1 (annexe 1). L'échelle de ce document est 1 (1 cm représente 1 cm). I.3. Comment varie, dans cet exemple, la célérité c de l'onde en fonction de l'épaisseur de

l'eau ? Il. Ondes périodiques. On installe sur la cuve à ondes un vibreur qui permet d'obtenir des ondes planes. La fréquence du vibreur a été fixée à 24 Hz. Une source lumineuse éclaire la surface de l'eau. Cette lumière traverse l'eau et est captée ensuite par la webcam. Ledocument 2 d'échelle 1 (annexe 1) représente l'onde périodique obtenue à partir d'une image du clip vidéo. Il.1. Comment appelle-t-on la distance séparant deux franges brillantes (ou sombres)

successives ? Quelle relation lie cettegrandeur à la célérité c de l'onde et sa période temporelle T ?

Il.2. À l'aide du document 2 (annexe 1), calculer la célérité c de l'onde périodique

pour les deux épaisseurs d'eau de 3 et 1 mm. Quelle est l'influence de l'épaisseur de l'eau sur la célérité de l'onde périodique ?

Il.3. On utilise maintenant une cuve à ondes sans décrochement. L'épaisseur de l'eau au repos est constante. Après avoir fait varier la fréquence du vibreur, on a réalisé des

photographies et on a mesuré la longueur d'onde  pour chacun des enregistrements. Les résultats ont été consignés dans le tableau ci-dessous.

f (Hz) 12 24 48 96

 (m) 0,018 0,0097 0,0059 0,0036

Calculer la célérité c de l'onde périodique pour chaque enregistrement. Comment évolue cette célérité en fonction de la fréquence de l'onde ?

III. Un phénomène caractéristique des ondes. III.1. Expérience sur les ondes lumineuses.

On place sur un faisceau laser une fente de dimension a = 0,08 mm. On place après la fente un écran. La distance entre la fente et l'écran est D = 3,00 m, (voir figure 1 document 3 annexe 2). La figure obtenue sur l'écran est représentée sur la figure 2 document 3 (annexe 2).

III.1.1. Comment se nomme le phénomène observé ?

III.1.2. L'écart angulaire  entre le milieu de la tache centrale et la première extinction vérifie la relation :

  

a .

Calculer la longueur d'onde de ce faisceau laser (on considérera que cet écart

angulaire est faible et que donc   tansi  est exprimé en radians). III.2. Étude sommaire de la houle.

La houle prend naissance sous l'effet du vent loin des côtes. Un vent de 65 km.h-1 engendre une houle dont les vagues font 1 mètre de hauteur. Ces vagues sont espacées de 230 mètres. Une vague remplace la précédente après une durée de 12 secondes.

III.2.1. Calculer la vitesse de déplacement des vagues à la surface de l'océan.

III.2.2. Cette houle arrive sur un port dont l'ouverture entre deux jetées a une largeur a = 200 m. Un bateau est stationné au fond du port comme indiqué sur le schéma du document 4. Ce bateau risque-t-il de ressentir les effets de la houle ? Justifier la réponse à l'aide d'un schéma reproduit sur la copie.

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