Le but de cet exercice est d'aborder quelques aspects de la perception des ondes sonores et lumineuses par le corps humain. Des documents relatifs à notre source lumineuse principale (le Soleil) et à nos organes de perception (l'oreille et l'œil) seront exploités.

Données : célérité de la lumière dans le vide : c = 3,0.10⁸ m.s^-1 ; célérité du son dans l'air : v = 340 m.s^-1 ; la valeur d'une température en kelvin est liée à sa valeur en degré Celsius par : T_K = T_°C + 273.

1. Comparaison son-lumière
   - Citer deux caractéristiques communes à la propagation des ondes sonores ou lumineuses dans un milieu homogène.
   - En indiquant sommairement la nature d'une onde lumineuse et celle d'une onde acoustique, expliquer pourquoi un son ne se propage pas dans le vide.
2. Sensibilité de l'œil
   -Document 1 : La courbe de visibilité de l'œil

   L'œil ne présente pas la même sensibilité dans toutes les longueurs d'onde. Une étude statistique a permis de déterminer la sensibilité spectrale moyenne de l'œil humain. La courbe obtenue, appelée courbe de visibilité, est graduée en abscisse avec les valeurs des longueurs d'onde dans le vide.
   - Quelle est la signification du terme " chromatique " apparaissant dans le titre de la courbe ?
   - A partir de cette courbe, déterminer les limites des longueurs d'onde dans le vide du spectre visible en précisant à quelles couleurs respectives elles correspondent. En déduire les limites des fréquences du spectre visible.
   - Quelle relation doit-il y avoir entre la luminosité L₁ d'une source monochromatique jaune-verdâtre de longueur d'onde l₁ = 560 nm et la luminosité L₂ d'une source de longueur d'onde l₂ = 660 nm pour qu'elles soient perçues avec la même intensité ?

3. Spectre solaire : un corps chaud émet un spectre lumineux continu. Plus la température T de ce corps est élevée, plus il émet de lumière dans les courtes longueurs d'ondes. La loi de Wien rend compte de ce phénomène : l_m.T = 2,9.10^-3 m.K dans laquelle l_m représente la longueur d'onde qui correspond au rayonnement le plus intense dans le spectre. Le Soleil est un corps chaud régit par cette loi. Son spectre simplifié est le suivant :

   - A partir de cette courbe, nommer les deux types de rayonnements invisibles émis par le Soleil en indiquant leurs domaines respectifs de longueurs d'onde ?

   - A quelle partie particulière du spectre solaire correspond le spectre visible ? Comment serait probablement la courbe de visibilité de l'œil humain si notre étoile avait été moins chaude ?

   - Déterminer la valeur de la température de surface du Soleil.

4. Sons audibles : Notre oreille n'est sensible qu'aux sons de fréquence comprise entre 20 Hz et 20 kHz.
   - Comment qualifient-on les sons audibles de faible fréquence ? de haute fréquence ?
   - Par analogie avec la lumière, comment nomme-t-on les sons de fréquence supérieure à 20 kHz et les sons de fréquence inférieure à 20 Hz ?
   - Déterminer les limites des longueurs d'onde des sons audibles dans l'air.
5. La localisation des sons
   Document 3 : Quels sont les indices de la localisation des sons chez l'homme?
   Un son émis par une source est perçu différemment par nos deux oreilles : la vibration arrive sur nos deux tympans avec un décalage temporel et une différence d'amplitude. Plus la position de la source sonore est latérale et plus ces différences seront importantes : notre système auditif ne nous permet pas de distinguer des retards inférieurs à 70 microsecondes. La localisation des sons fait également intervenir un processus plus complexe : la modification spectrale du son résultant des réflexions et de la diffraction provoquées par le pavillon et le canal auditif. Ce sont ces tous ces indices cumulés qui permettent à notre système auditif de localiser une source sonore.
   - Calculer la plus petite différence de trajet entre la source sonore et chacune de nos deux oreilles qui soit détectable par notre système auditif.