Le téléphone pot de yaourt : correction
1) Une onde mécanique progressive est la propagation d'une perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière. Une onde sonore est une onde mécanique progressive.
2) Les ondes électromagnétiques peuvent se propager dans le vide contrairement aux ondes mécaniques qui nécessitent la présence d’un milieu matériel pour se propager.
3) a) Dans l'air, le déplacement de l'onde est parallèle à la propagation ; l'onde est longitudinale.
Dans le fil ; le déplacement des points du milieu atteints par la propagation est perpendiculaire à la direction de la propagation ; c’est donc une onde mécanique « transversale ».
b) Dans l'air, la vitesse dépend des propriétés de l'air (température - pression - hygrométrie).
Dans le fil : la célérité d’une onde dépend de l’inertie d’un milieu (l’inertie d’un milieu ou d’un système représente la résistance que ce milieu ou ce système oppose lorsqu’on cherche à le mettre en mouvement.) et de la rigidité du milieu. (La rigidité d’un milieu représente la résistance que ce milieu oppose lorsqu’on cherche à le déformer.)
4) Une onde périodique se reproduit identiquement à elle-même à intervalle de temps régulier. Cette onde n’est pas périodique.
5)- A partir de l'enregistrement (figure 4), déterminer avec quel retard τ, par rapport au point A, le point B est atteint par le signal.
Figure 4
Sensibilité verticale : 1 mV / div
pour les deux voies Sensibilité horizontale : 5 ms / div = sh
- Retard entre le point B et le point A : - τ = nb carreaux . sh = 4 × 5 - τ = 20 ms
6)- Donner l'expression de la célérité v de l'onde sur ce fil en fonction de D et τ.
Calculer sa valeur. Comparer cette valeur à celle de la célérité du son dans l'air à 25°C.
Quelle propriété justifie ce résultat ?
- Célérité v de l'onde sur ce fil en fonction de D et τ. v = D / t = 20 / 20.10-3 = 1.10 3 m/s - Propriété de l’onde :
- La célérité de l'onde le long de la corde est supérieure à celle dans l'air.
- La célérité d’une onde dépend du milieu de propagation.
- Une onde sonore se déplace plus vite dans un solide que dans l’air.
- La célérité de l’onde est une propriété du milieu de propagation.
7)- Comment peut-on expliquer que l'amplitude du signal au point B soit plus faible que l'amplitude du signal au point A ? - Le point B est plus éloigné de la source que le point A.
- Au cours de la propagation, l’onde s’amortie à cause des frottements.
- L’énergie transportée par l’onde diminue au cours de la propagation.
8)- A partir de l'enregistrement de la figure 6, déterminer la fréquence f de l'onde qui se propage dans le fil.
- Fréquence f de l'onde qui se propage dans le fil
- À l’aide de l’oscillogramme, on peut déterminer la valeur de la période du signal : - T = x . sh - T = 5 x 1 - T = 5 ms
- On peut en déduire la valeur de la fréquence : f = 1 / T = 1 / 5.10-3 = 2.102 Hz
9)- Lorsque l'on éloigne le point B, du point A, on constate que les signaux se retrouvent dans la même configuration pour les valeurs de la distance: D = 25,0 m, D = 30,0 m, D = 35,0 m …
a) En déduire la valeur de la longueur d'onde l associée à l'onde qui se propage dans le fil, puis la célérité v de cette onde.
- Pour la distance D = 25,0 m, les deux courbes sont en phase.
- Cette distance est égale à un nombre entier de fois la longueur d’onde : - On peut écrire que : k . λ = 25,0 (1) avec k entier naturel.
- Pour la distance D = 30,0 m, les deux courbes sont de nouveau en phase : - On peut écrire que : (k + 1) . λ = 30,0 (2)
- Et enfin : (k + 2) . λ = 35,0 (3)
- Des relations (1), (2) et (3), on tire : λ = 5,00 m
b) Sur la figure de l'annexe à rendre avec la copie, représenter l'allure de la courbe que l'on observerait sur la voie 2 si la distance D était égale à 27,5 m.
