Analyse détaillée d'exercices réalisés sous forme de QCM. Ondes.

Onde mécanique transversale. Texte : exemple de la houle ; la célérité est proportionnelle à la racine carrée de la longueur d'onde. Analyse : Que devient la célérité si la longueur d'onde quadruple ? La célérité double. Onde sonore. Texte : Analyse : Question relative à l'état vibratoire du point M( micro) et de la source (HP) ?  Ces points vibrent en opposition de phase : ils sont donc séparés par un nombre impair de demi longueur d'onde. On note L la distance haut parleur micro : L = (2n+1) ½l avec n entier positif ou nul. Question relative à la longueur d'onde. Si f = 1000 Hz et si L =0,675 m, on observe pour la 2è fois l'allure de cet oscillogramme, le micro s'éloigant depuis la source. l = 2L/(2n+1) =avec dans ce cas n=1 d'où l = 2*0,675/3 = 0,45 m. Réflexion sur une paroi. Texte : Soit une sonde située à une distance d=5,4 m d'une paroi réfléchissante. La sonde joue à la fois le rôle d'émetteur et de récepteur : elle émet des salves d'ultrasons ; ces ondes se réfléchissent sur la paroi et sont détectées par la sonde. La célérité c de ces ondes ultrasonores est de 360 m/s dans les conditions de l'expérience. Analyse : Déterminer, en ms, l'intervalle de temps Dt séparant l'émission d'une salve d'ultrasons et sa réception par la sonde. Dt = 2d/c ; Dt = 2*5,4 / 360 = 5,4 / 180 = 3*1,8 / (1,8*100) = 0,03 s = 30 ms.   Onde lumineuse. Soit une onde lumineuse se propageant dans le vide. Sa longueur d'onde est l0=750 nm. Quelle est sa couleur ? Rouge. Cette onde se propage maintenant dans un milieu transparent d'indice n=1,5. Déterminer sa longueur d'onde l en nm dans ce milieu. indice de réfraction n = célérité de l'onde dans le vide / célérité de l'onde dans le milieu ; n = c/cM. La fréquence f d'une onde caractérise une onde ; elle ne dépend pas du milieu de propagation. Or c =l0 f et cM =l f d'où n =l0/l. l =l0/n = 750/1,5 = 500 nm. Quelle est sa couleur ? Justifier. L'oeil est sensible à l'énergie qu'il reçoit ; l'énergie est proportionnelle à la fréquence de la radiation : celle-ci étant constante, la couleur de la radiation est rouge.       Web www.chimix.com La longueur d'onde de la lumière jaune dans le vide est l0 = 589 nm et la célérité de la lumière dans le vide est c= 3.108 m/s. La fréquence de cette radiation est d’environ f = 5 1014 Hz. Vrai. fréquence (Hz) =célérité (m/s) /longueur d'onde (m) = 3.108 /5,89 10-7 ~3/6 1015 ~5 1014 Hz. Sa longueur d'onde augmente lorsqu'elle traverse un bloc de verre d'indice n=1,5. Faux. l =l0/n = 589/1,5 ~600/1,5 ~ 400 nm. Sa longueur d’onde dans un bloc de verre d’indice n=1,5 est l~ 400 nm. Vrai. La vitesse de propagation dans le bloc de verre diminue et devient v=2.108 m/s. Vrai. v = c/n = 3.108 /1,5 = 2.108 m/s. La lumière d’un faisceau laser de couleur rouge passe par une ouverture rectangulaire de largeur a. On obtient sur un écran la figure schématisée ci-dessous : Le phénomène représenté sur la figure est un phénomène de diffraction. Vrai. Ce phénomène est observé uniquement si la longueur d’onde de la radiation est très grande par rapport à la taille de l’ouverture. Faux. Ce phénomène est observé si la longueur d'onde et la taille de l'ouverture sont du même ordre de grandeur. La figure 2 représente l’évolution de l’intensité lumineuse le long de l’axe des x : La tache centrale, plus large et plus brillante, est vue depuis le centre de la fente sous un angle q = 2l/a. Vrai. L’angle d’ouverture sera plus grand pour une radiation bleue que pour la radiation rouge du laser. Faux. La longueur d'onde de la radiation bleue est plus petite que celle de la radiation rouge. Lorsqu’un faisceau laser traverse une fente fine et verticale, la figure de diffraction obtenue sur un écran est alors verticale. Faux. A une fente verticale correspond une figure de diffration horizontale. Les ondes électromagnétiques sont caractérisées par une célérité dans le vide c= 3.108 km.s-1. Faux. c = 3 108 m s-1. Une radiation rouge et une radiation bleue ont la même fréquence dans le vide. Faux. Couleurs différentes, donc fréquences diférentes. La diffraction est un phénomène optique qui a lieu dès que la lumière traverse ou rencontre un obstacle. Faux. La dimension de l'ouverture ou de l'obstacle doit être du même ordre de grandeur que la longueur d'onde pour observer la diffraction. On éclaire un cheveu fin de diamètre d, avec un laser emettant une lumière rouge de longueur d'onde l= 600 nm. On observe sur un écran placé à 2 m du fil, une tache centrale de largeur L entourée de taches latérales moitié moins larges que la tache centrale. La mesure de la largeur de la 10eme tache secondaire est de 0,25 cm. L'écart angulaire du faisceau augmente si le diamètre du fil utilisé augmente. Faux. 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 : diamètre du fil (m) en tenant compte des deux relations ci-dessus : ½L/D=l/a soit a=2lD/L ou L = 2l D/a. L'écart angulaire augmente si la distance du fil à l'écran augmente. Faux. tan q ~ q ~ ½L/D. Le diamètre du fil mesure 2,4 mm. Faux. a=2lD/L avec L = 0,5 cm ; a=2*600 10-9 * 2/5 10-3 =2,4 10-6 m = 2,4 mm. L'écart angulaire augmente en utilisant un laser émettant une lumiere bleue. Faux. La longueur d'onde d'une lumière bleue est plus petite que celle de la lumière rouge. On considère une cellule photoélectrique (dispositif qui produit du courant électrique quand il est exposé à de la lumière) fonctionnant avec des photons de longueur d'onde l = 600 nm. On prendra h= 6,6 10-34 J.s, constante de Planck et e=1,6 10-19 C la valeur absolue de la charge d'un électron. L'énergie du photon susceptible d'interagir avec les atomes de la cellule est 1,1.10-19 J. Faux. E=hc/l = 6,6 10-34*3 108 / 6 10-7 =6,6*3/6 10-19 =3,3 10-19 J. L'énergie du photon susceptible d'interagir avec les atomes de la cellule est de 7 eV. Faux. 3,3 10-19 / 1,6 10-19 ~2 eV. Les photons de longueur d'onde l1= 500 nm engendrent un courant. Vrai. Les photons sont d'autant plus énergétiques que la longueur d'onde est plus petite. Les photons de longueur d'onde l2= 400 nm n'engendrent pas de courant. Faux. On considère le système de mesure ci-dessous qui est constitué d'un émetteur et d'un récepteur d'ultrasons fixés sur deux couvercles vissés aux deux extrémités d'un tube étanche, rempli d'eau. La distance "émetteur-récepteur" est notée D = 1 m. On observe l'oscillogramme (correspondant à la même salve) des tensions émises et recues. On remplace l'eau par un autre liquide et on constate que le décalage entre le début des oscillations émises et le début de la réception est Dt= 0,9 s entre le début des oscillations émises et le début de la réception. On prendra la célérité des ondes ultrasonores dans l'air de l'ordre de 300 m.s-1. La fréquence des ultrasons utilises est f= 2.105 Hz. Faux. 0,1 ms = 10-4 s= 4 périodes ; la période vaut T= 2,5 10-5 s ; f=1/T =1/ 2,5 10-5 = 4 104 Hz. La célérité de propagation des ultrasons dans l'eau est de 1800 m.s-1 Faux. Aller + retour = 2D = 2 m parcourus en 0,6 ms = 6 10-4 s ; c = 2/6 10-4 = 3300 m/s. La célérité de propagation des ultrasons dans le milieu liquide à augmenté par rapport à celle de l'eau. Faux. c = 2/9 10-4 = 2200 m/s. On réalise une expérience identique dans un tube rempli d'air, le décalage temporel observe sera de 3 s. Faux. Dt = 2D/c = 2/300 = 6,7 10-3 s.

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