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A chaque affirmation répondre vrai ou faux. Toute réponse doit être justifiée à l'aide de définitions, de calculs ou de schémas.
Les ondes sonores et ultrasonores.
On donne la célérité des ultrasons dans l'air v = 340 m/s.
Beaucoup d'annimaux utilisent les ondes sonores ou ultrasonores pour
communiquer entre eux, chasser leur proie ou se localiser. Pour
illustrer quelques propriétés de telles ondes, on utilise des émetteurs
et récepteurs ultrasonores. Un émetteur et un récepteur d'ultrasons
sont placés côte à côte face à une paroi réfléchissante. L'émetteur
émet des salves d'ultrasons. Les tensions de sortie de l'émetteur et du
récepteur sont observées sur l'écran d'un oscilloscope et sont données
ci-dessous. Balayage horizontal 1,0 ms / div.
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1) Les ondes ultrasonores sont des ondes mécaniques. Vrai.
Elles nécessite un milieu matériel pour se propager : déplacement de zones de compression et de zones de dilatations de l'air.
2) Le retard entre l'émission et la réception est de 2,0 ms. Vrai.
2 div soit 2,0 ms. ( voir schéma ).
3 ) L'émetteur et le récepteur sont alors placés à 34 cm de la paroi réfléchissante. Vrai.
Durée de l'aller = durée du retour = 1,0 10-3 s.
Distance (m) = vitesse ( m/s) * durée (s) = 340* 1,0 10-3 = 0,34 m = 34 cm.
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On
enlève la paroi réfléchissante, on place l'émetteur en mode continu. On
place le récepteur face à l'émetteur de façon à obtenir deux signaux en
phase. On observe les signaux de sortie de l'émetteur et du récepteur
sur la figure ci-dessous : balayage horizontal 5,0 µs div.
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4 ) La fréquence des signaux est f = 40 kHz. Faux.
f = 1/T = 1 / 2,0 10-5 = 50 000 Hz = 50 kHz.
5 ) Il faut éloigner le récepteur de 6,8 cm de l'émetteur pour que les signaux se retrouvent en phase pour la première fois. Faux.
On doit éloigner le récepteur de l'émetteur d'une distance égale à une longueur d'onde l = v / f = 340 / 50 000 =6,8 10-3 m = 6,8 mm.
Les ondes à la surface de l'eau.
Un
vibreur muni d'une pointe S crée une onde à la surface de l'eau d'une
cuve à ondes. On obtient les relevés suivants à l'échelle ½.
6 ) L'onde formée est une onde périodique. Vrai.
L'onde est sinusoïdale : elle
présente une double périodicité, spatiale et temporelle. La
perturbation se reproduit identique à elle même au bout d'un certain
temps appélé période.
7 ) Cette onde est longitudinale. Faux.
La direction de propagation de l'onde est perpendiculaire à la direction de déformation du milieu : onde transversale.
8 ) La longueur d'onde vaut 2,5 cm. Vrai.
Voir schéma : l = 7,8 / 3 = 2,6 cm.
Les ondes lumineuses.
On utilise un faisceau laser de longueur d'onde 633 nm et de diamètre 1 mm.
9) Ce faisceau laser subit une dispersion lorsqu'il passe à travers un prisme de verre. Faux.
La lumière laser est
quasi-monochromatique. Une lumière polychromatique, comme la lumière
blanche, subit une dispersion en traversant un prisme de verre.
10
) La valeur de l'indice de réfraction n d'un milieu dispersif dépend de
la fréquence f de la radiation lumineuse qui la traverse. Vrai.
La fréquence f est une
caractéristique constante d'une radiation lumineuse. La célérité v de
l'onde, comme la longueur d'onde l, dépendent du milieu de
propagation.
Dans un milieu dispersif, la célérité dépend de la fréquence.
De plus n = v / c ( c : célérité de la lumière dans le vide ).
11 ) Il subit une diffraction quand il passe au centre d'une fente de largeur 3 mm. Faux.
On observe un phénomène de diffraction lorsque la largeur de la fente est du même ordre de grandeur que la longueur d'onde.
3 mm est trop différent de 633 nm.
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Le
faisceau laser est intercepté par un fil vertical de diamètre a placé à
une distance D = 2,0 m d'un écran. Le schéma ci-dessous fait apparaître
:
- la largeur L de la tache centrale lumineuse observée sur l'écran.
- la distance D entre le fil et l'écran
l'écart angulaire q.
On mesure L = 1,3 cm.
12 ) Le diamètre du fil vaut environ 100 µm. Faux.
écart angulaire q
:
tan q = ½L/D voisin de
q radian pour les angles
petits.
d'autre part q = l/a
avec : l longueur d'onde (m)
et a : largeur de la fente (m)
en tenant compte des deux relations ci-dessus :
½L/D=l/a soit a=2lD/L.
a = 2*633 10-9 *2 / 1,3 10-2 =1,95 10-4 m ~200 µm.
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