06/10/2015 DS1_TS_2015_2016b_corr.doc 1/2
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I. Célérité du son (12 points) 1. Réglages de l’oscilloscope
1.1. On mesure sur l’écran de l’oscilloscope une période T ;
T = 4 div 0,1 ms/div = 0,4 ms = 4 10-4 s On calcule la fréquence f = 1
T = 1
4 10-4 = 0,25 104 = 2,5 103 Hz = 2500 Hz
1.2. Cette onde fait partie des sons aigus car sa fréquence est audible, entre 20 Hz et 20 kHz, et cette fréquence est supérieure à 1000 Hz.
1.3. L’amplitude des oscillations se mesure verticalement sur l’oscilloscope : UMAX = 3 div 500 mV/div = 1500 mV = 1,5 V
2. Mesure de la célérité des ultrasons
2.1. 6 divisions séparent l’arrivée de la salve 1 par rapport à celle de la salve 2. L’intervalle de temps mis par la salve pour parcourir la distance d = 21 cm = 0,21 m est : t = 6 0,1 ms/div = 0,6 ms = 6 10-4 s
La célérité des ultrasons est v = d
t = 0,21
6 10-4 = 3,5 102 m.s-1 = 350 m.s-1
2.2. Entre l’émission et la réception de l’ultrason par la chauve-souris il s’écoule une durée
t = 1,0 10-2 s qui correspond à un aller-retour de l’onde ultrasonore.
L’obstacle est situé à une distance d1 = v2 t 2 d1 = 350 1,0 10-2
2 = 3,5 102 1,0 10-2
2 = 3,5
2 = 1,75 m 3. Mesure de la célérité du son
3.1. Les ondes sonores sont longitudinales. Une onde est dite longitudinale quand la direction de la perturbation est parallèle à la direction de propagation
La dimension de ondes sonores est de 3 car la propagation a lieu dans tout l’espace.
3.2. La distance d se nomme la longueur d’onde qui correspond à la plus petite distance séparant 2 points qui vibrent en phase.
3.3. v3 = f3 = 22 10-2 1500 = 3,3 102 m.s-1 = 330 m.s-1.
3.4. Pour plus de précision, mesurer la distance (10 d) séparant 10 longueurs d’onde et diviser la valeur obtenue par 10.
T
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II. Flûte traversière et synthétiseur (8 points)
1. Étude d’un son produit par une flûte traversière
A l’aide de la figure a :
1.1. Il faut mesurer 3 périodes en tenant compte de l’échelle du schéma.
3 T1 4,8 cm 5 ms 7,0 cm d’où T1 = 4,8 5
(3 7,0) = 1,14 ms 1,1 ms 1.2. f1 = 1
T1 ; f1 = 1
(1,14 10-3 s) = 875 Hz (ou 909 Hz si T1 = 1,1 ms)
A l’aide de la figure b :
1.3. La fréquence du fondamental correspond au 1er pic f1 1,7 cm
3,5 kHz 6,9 cm d’où f1 = 1,7 3,5
6,9 = 0,862 kHz = 862 Hz
Pour T1 = 1,1 ms, la valeur de f1 n’est pas cohérente, par contre, elle l’est pour T1 = 1,14 ms 1.4. f2 = 3,4 3,5
6,9 = 1,72 kHz ; f3 = 5,0 3,5
6,9 = 2,54 kHz
1.5. Théoriquement, f2 = 2 f1 et f3 = 3 f1 or 2 f1 = 1,72 kHz et f3 = 3 f1 = 2,59 kHz Ces valeurs sont compatibles avec les valeurs précédentes (aux incertitudes près) 2. Des sons différents pour une même note
2.1. La fréquence du fondamental est identique (même position du 1er pic). Les sons ont la même hauteur.
2.2. Les harmoniques (de rang 2, 3 …) permettent de distinguer ces deux sons, c’est-à-dire le timbre de l’instrument.
2.3. Le son émis par le synthétiseur n’est pas un son pur car la courbe de la tension u2 en fonction du temps n’est pas une sinusoïde.
