05/10/2015 DS1_TS_2015_2016b.doc 1/2
NOM : BRILLOIT Prénom : Malo Classe : TS1
Le 06/10/2016 Devoir n°1bis (1h) - Calculatrice autorisée Page : 1 / 2 L’énoncé est à rendre avec la copie
I. Célérité du son (12 points) 1. Réglages de l’oscilloscope
On branche un haut-parleur (HP) sur un générateur basses fréquences (GBF) et un microphone sur la voie A d’un oscilloscope, réglé comme le montre la ci-dessous.
Le dessin est réduit, chaque carreau (ou division) de l’écran mesure 1 cm en réalité
1.1. En précisant rapidement votre méthode, calculer la fréquence f1 (en Hz) de l’onde reçue par le microphone (N.B. : le dessin est réduit, chaque carreau (ou division) de l’écran mesure 1 cm en réalité).
1.2. Cette onde fait-il partie des – infrasons ? – sons graves ? – sons aigus ? – ultrasons ? 1.3. Quelle est l’amplitude des oscillations ?
2. Mesure de la célérité des ultrasons
On veut maintenant mesurer la célérité des ultrasons dans l’air en émettant des salves d’ultrasons de fréquence f2 = 40 000 Hz, et en mesurant le retard τ de l’arrivée d’une salve à un récepteur 2 par rapport à un récepteur 1, et la distance d séparant les 2 récepteurs (voir figure 2 ci-dessous).
2.1. La figure ci-dessous a été obtenue pour d = 21 cm. En déduire la célérité des ultrasons v2.
2.2. La chauve-souris émet des ultrasons de célérité v2 dans l’air. Un obstacle est situé à une distance d1 de l’animal. L’ultrason est émis par la bête, il se réfléchit contre l’obstacle et revient vers la chauve-souris.
Entre l’émission et la réception de l’ultrason par la chauve-souris il s’écoule une durée t = 1,0 10-2 s.
Calculer la distance d1. 3. Mesure de la célérité du son
On réalise maintenant le montage page suivante : un GBF alimente un HP, un microphone est branché en voie B d’un oscilloscope, alors que la voie A est sur le GBF.
On positionne le micro en face du zéro de la règle, et on déplace l’ensemble {règle, micro} devant le HP jusqu’à ce que les deux courbes soient en phase. On fixe alors la règle, et on recule le micro jusqu’à ce que les courbes soient de nouveau en phase (pour la première fois) ; on lit alors la distance d sur la règle.
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3.1. Les ondes sonores sont-elles transversales ou longitudinales ?
Quelle est la dimension de ces ondes ?
3.2. Comment s’appelle la distance d ? Quelle est sa définition ?
3.3. Pour une fréquence f3 = 1500 Hz mesurée au
fréquencemètre, on mesure d = 22 cm. En déduire la célérité v3 du son.
3.4. Comment pourrait-on améliorer la précision de la mesure de la distance d ?
II. Flûte traversière et synthétiseur (8 points)
Un élève de terminale se passionne pour la flûte traversière.
Il décide d’étudier une note produite par son instrument de musique puis, curieux. Il se demande pourquoi une même note produit par sa flûte traversière ou par son synthétiseur ne donne pas le même son.
1. Étude d’un son produit par une flûte traversière
A l’aide d’un dispositif d’acquisition, l’élève effectue un enregistrement de tension électrique u1(t) aux bornes d’un microphone placé devant la flûte traversière. Il obtient également l’analyse spectrale de la note produite (figures a et b ci-dessous).
A l’aide de la figure a de la feuille ci-dessous :
1.1. Déterminer, avec le plus de précision possible, la valeur de la période T1. Un tracé sur la figure a est indispensable et doit apparaître sur l figure a.
1.2. En déduire la valeur de la fréquence f1 du fondamental.
A l’aide de la figure b de la feuille ci-dessous :
1.3. Donner la valeur approchée de la fréquence du fondamental. La valeur trouvée questions 1.1. est-elle cohérente avec celle-ci ?
1.4. Déterminer les valeurs approchées des fréquences f2 et f3 des deux premiers harmoniques.
1.5. Écrire les relations théoriques existant entre f2 et f1, d’une part f3 et f1 d’autre part Vérifier la compatibilité avec les réponses précédentes.
2. Des sons différents pour une même note
L’élève enregistre maintenant, en utilisant le même mode d’acquisition, la tension u2(t) pour un son émis par son synthétiseur lorsqu’il joue la même note de musique que celle étudiée précédemment avec sa flûte.
Il obtient les enregistrements des figures c et d ci-dessous.
2.1. Quelle grandeur est commune dans les deux cas?
2.2. Qu’est-ce qui permet de distinguer ces deux sons ?
2.3. Le son émis par le synthétiseur est-il un son pur ? Justifier votre réponse.
