A propos des ondes concours orthoptie Rennes 2007.

Questions de cours. Donner la définition d'une onde mécanique. On appelle onde mécanique progressive le phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière, mais avec transport d'énergie. Une onde se propage, à partir de la source, dans toutes les directions qui lui sont offertes. Définir les termes « onde transversale » et « onde longitudinale » en les illustrant par des exemples concrets. Une onde est transversale lorsque le déplacement des points du milieu de propagation s'effectue perpendiculairement à la direction de propagation. Onde transversale à la surface de l'eau : chaque point P de la surface se soulève verticalement puis reprend sa place alors que les rides se déplacent horizontalement à la surface de l'eau.   Une onde est longitudinale lorsque le déplacement des points du milieu de propagation s'effectue dans la même direction que celle de la propagation. L'onde sonore se propage dans les trois dimensions de l'espace. Chaque point P vibre longitudinalement dans la direction de propagation du signal. Nommer un autre type d’ondes que les ondes mécaniques. Ondes électromagnétiques ( lumière visible, UV, RX...) Citer un phénomène physique commun à toutes les ondes. Diffraction par une fente ou un obstacle dont les dimensions sont du même ordre de grandeur que la longueur d'onde. Réfraction, réflexion, interférences. Etude expérimentale. Au cours d’une séance de travaux pratiques, un élève dispose du matériel suivant : -un émetteur d’ultrasons E et son alimentation électrique ; - deux récepteurs d’ultrasons R1 et R2 ; - un oscilloscope ; - une règle graduée. II réalise le montage suivant :  L’émetteur E génère une onde ultrasonore progressive sinusoïdale de fréquence f qui se propage dans l’air jusqu’aux récepteurs R1 et R2. L’émetteur et les deux récepteurs sont alignés. Le récepteur R1 est placé au zéro de la règle graduée. Les signaux captés par les récepteurs R1 et R2 sont appliqués respectivement sur les voies 1 et 2 d’un oscilloscope pour être visualisés sur l’écran de celui-ci. Les sensibilités verticales des deux voies sont les mêmes, l’oscilloscope est synchronisé sur la voie 1. Lorsque le récepteur R2 se trouve à la graduation zéro, les deux signaux visualisés à l’oscilloscope sont superposés. On éloigne alors R2 (comme l’illustre le dessin ci-dessus), les signaux ne sont plus superposés. Lorsque les signaux sont à nouveaux en phase, R2 est positionné devant la graduation d = 1,2 cm. Quelle est la fréquence f des ultrasons ? Lorsque les signaux sont à nouveaux en phase, la distance séparant les deux récepteurs est égale à une longueur d'onde l = 1,2 cm = 0,012 m Célérité des ultrasons dans l'air c = 340 m/s. f = c / l =340 / 1,2 10-2 =2,8 104 Hz. Comment peut-on avec ce dispositif améliorer la précision sur la détermination de f ? Déplacer R2 afin d'observer des signaux en phase non pas pour la première fois, mais au bout de 10 fois par exemple. La distance d séparant les deux récepteurs est alors égale à 10 longueur d'onde, puis l = d/10 : on améliore ainsi la précision sur la détermination de la longueur d'onde. Représenter l’allure de l’écran de l’oscilloscope lorsque R2 est devant la graduation d = 1,2 cm (on représentera une ou deux périodes).  On recommence cette même expérience à une température plus élevée. Cette fois, les signaux se retrouvent en phase lorsque R2 est devant une graduation d1 supérieure à d. En déduire l’influence de la température sur la célérité des ultrasons. "d1 supérieure à d. " : la longueur d'onde l augmente La fréquence f reste constante : c = l f : donc la célérité augmente avec la température. L’air n’est pas un milieu dispersif pour les ondes acoustiques. Définir un milieu dispersif. Un milieu est dit dispersif si la célérité des ondes qui se propagent dans ce milieu dépend de leur fréquence. - La surface de l'eau est un milieu dispersif ; - L'air est un milieu non dispersif pour les ondes sonores; - Un prisme de verre est un milieu dispersif pour la lumière. Peut-on faire cette expérience avec des ondes sonores de fréquence f2 = 500 Hz ? Si oui, à quelle graduation d2 aurait-il fallu mettre R2 pour que les signaux soient à nouveau en phase ? On peut réaliser cette expérience avec des ondes sonores de fréquence 500 Hz ou ayant une autre fréquence. Célérité des sons dans l'air c = 340 m/s. l = c / f =340 / 500 = 0,68 m =68 cm.

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