Ondes, diffraction, réfraction : physique concours ESIEE 08

Répondre par vrai ou faux. Une corde horizontale, supposée infinie, est soumise à un ébranlement transversal sinusoïdal à partir de son extrémité O. L’origine des temps est prise lorsque O passe par sa position d’équilibre en allant vers le haut. Sa fréquence est de 100 Hz et son amplitude de 1 mm . Il se propage dans le sens positif, de la gauche vers la droite, avec une célérité de 5 m.s-1 . A- L’équation horaire du point O est y (t ) = sin(200 pi t). Vrai. pulsation w = 2 pi * fréquence = 2 pi*100 = 200 pi rad/s : amplitude = 1 mm. B- L’équation horaire du point N1 situé 5 cm à droite de O est y (t ) = sin(200 pi t). Vrai. longueur d'onde l = c/f = 5/100 = 0,05 m = 5 cm. O et N1, distants d'un nombre entier de longueur d'onde sont en phase. C- L’équation horaire du point N2 situé 2,5 cm à droite de O est y (t ) = -sin(200 pi t). Vrai. O et N2, distants d'un nombre impair de demi-longueur d'onde sont en opposition de phase. D- A l’instant t = 0 , la corde est représentée par la courbe y(x) = sin (40 pi x) . Faux. y(t, x) =sin[ 2pi f(t-x/c)] =sin[ 200 pi(t-x/5)] y(0, x) =sin (-200 pi x/5) = -sin (40 pi x) E- A l’instant t = 5 ms , la corde est représentée par la courbe y(x) = - sin (200 pi x). Faux. y(5 10-3, x) =sin (-200 pi (5 10-3- x/5) = sin (pi-40 pi x) = sin (40 pi x). Il fait 25°C et un orage éclate. Un individu se trouve à 3500 m de l’impact de la foudre. On admet que la vitesse du son dans l’air est proportionnelle à la racine carrée de la température absolue de l’air. La vitesse du son dans l’air à 25°C est environ 350 m.s-1 . La vitesse de la lumière est de 3.108 m.s-1. A- L’individu entend le coup de tonnerre 10 secondes après avoir vu l’éclair. Vrai. La lumière parcourt 3500 m en : t1 = 3500/3 108 =1,17 10-5 s. Le son parcourt 3500 m en t2 = 3500/350 = 10 s, valeur très supérieure à t1. B- A 36°C, la vitesse du son serait d’environ 420 m.s-1. Faux. vson = AT½ avec A une constante. 25°C = 273+25 = 298 K ; 36 °C = 273+36 = 309 K. vson 25 = A 298½ ; vson 36 = A 309½ ; vson 36 /vson 25 =(309/298)½ ~1,018 ; vson 36 =vson 25 *1,018 = 350*1,018 = 356 m/s C- A 36°C, la vitesse de la lumière serait supérieure à 3.108 m s-1. Faux. Au même endroit que précédemment et à 25°C, se produit un deuxième impact de foudre 3 s après le premier. D- A 25°C l’individu entend le second coup de tonnerre 3 secondes après le premier. Vrai. E-A 36°C, l’individu entendrait le second coup de tonnerre plus de 3 secondes après le premier. Faux. 3 secondes après le premier. A- Plus la dimension d’un objet diffractant se rapproche de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde de la lumière incidente, plus la diffraction est importante. Vrai. B- La fréquence d’une lumière monochromatique ne change pas lorsqu’elle passe d’un milieu transparent à un autre. Vrai. C- L’indice n d’un milieu transparent est compris entre 0 et 1. Faux. L'indice de réfraction d'un milieu transparent est supérieur ou égal à 1. D-Le domaine des longueurs d’onde du visible est compris entre 400 micromètres et 800 micromètres. Faux. entre 400 nanomètres et 800 nanomètres. E- La célérité de la lumière dans l’eau est égale à celle dans le vide. Faux. ceau = cvide / indice de l'eau. Un faisceau lumineux atteint en incidencenormale la face verticale d’un prisme d’angle au sommet A. L’indice de l’air est égal à 1. L’indice du prisme est noté nprisme . On note (n) la normale à la face oblique. On donne les valeurs suivantes des sinus : i ° 5 10 15 20 25 30 35 40,5 45 50 60 70 80 sin i 0,09 0,17 0,26 0,34 0,42 0,5 0,57 0,65 0,71 0,76 0,87 0,94 0,98 A- Le rayon incident n’est pas dévié à la traversée de la face verticale. Vrai. angle d'incidence i =0 ; sin 0 = 0 ; loi de Descartes pour la réfraction nair sin i = nprisme sin i2. 1*sin 0 = nprisme sin i2 : 0 = nprisme sin i2 d'où sin i2 = 0 ; i2 = 0. B- Avec nprisme = 4 /3 , le rayon émergent de la face oblique fait l’angle A avec (n) , la normale à la face de sortie. Faux. nprisme sin A = nair sin r ; 4/3 sin A = sin r. C- Avec nprisme = 4 /3 et A = 40,5° le rayon émergent de la face oblique fait l’angle de 40,5° avec (n) , la normale à la face de sortie. Faux. 4/3 sin A = sin r ; 4/3 sin 40,5 = sin r ; 4/3*0,65 = sin r ; sin r = 0,87 ; r = 60°. D- Avec A =30° et un rayon émergent faisant un angle de 45° avec (n), nprisme = 1,42. Vrai. nprisme sin A = nair sin r ; nprisme sin 30 = sin 45 ; nprisme *0,5 = 0,71 ; nprisme = 1,42. E- Avec nprisme = 1,5 et et un rayon émergent faisant un angle de 60° avec (n), A est de l'ordre de 35°. Vrai. nprisme sin A = nair sin r ; 1,5 sin A = sin 60 ; 1,5 sin A = 0,87 ; sin A =0,87/1,5 = 0,58 ; A ~ 35°.

retour -menu