Exercices Seconde Ondes et signaux - pagesperso-orange.fr

1 Exercices SecondeOndes et signauxEmission et perception d'un sonExercice 1 : Echographie m dicaleEn m decine, pour les chographies, on utilise des Ondes de fr quence de plusieurs m gahertz (1 MHz = 106 Hz). Ces Ondes se propagent dans le corps humain une vitessev = 1,5 environ. Lors d'un examen m dical, une chographie permet de rep rer un calcul r nal une distance d = 5,6 cm de la sonde chographique. 1 ) Les Ondes sonores utilis es pour l' chographie sont elles audibles par l'oreille humaine ? Justifier votre r ) Calculer la p riode T de ces Ondes sonores (en s puis en s) lorsque f = 5,0 ) Donner la valeur de d en m tre et de v en en notation ) Calculer la dur e t n cessaire aux Ondes de l' chographie pour faire l'aller retour entre la sonde et le calcul r nal rep r.

2 Donner le r sultat en notation scientifique avec deux chiffres es et formulaire : f = 1/T ; v =distance/dur e ; 1 s = 10-6 .Exercice 2 : Echolocation Pour comprendre le principe de l' chographie utilis en m decine, on a r alis le montagesuivant : 1 ) Quel ph nom ne physique est l'origine de l' cho d'une onde sonore ?2 ) La fr quence des Ondes utilis es est f = 20 kHz. Calculer leur p riode T. Donner le r sultat en notation scientifique avec 2 chiffres significatifs et en s (rappel 1 s = 10-6 s). 3 ) Pendant une dur e t, l'onde effectue un aller retour entre l' metteur et le r cepteur.

3 La distance parcourue est -elle gale d/2 ; d ou 2d ? ) On mesure une dur e t = 3,0 ms pour un aller retour. Calculer la distance d (r sultat avec 2 chiffres significatifs). Donn es et formulaire : vitesse du son dans l'air : v = 340 ; v = distance/dur e ; f = 1 3: On observe la tension u(t) d livr e par un microphone sur l' cran d'un oscilloscope, reproduit ci-dessous. En l'absence de tension appliqu e sur l'oscilloscope, la trace lumineuse est situ e au milieu de l' cran. Le balayage est de 10 ms/div et la d viation verticale vaut 2V/div. 1 ) L'axe du temps est-il horizontal ou vertical?

4 2 ) Justifier que la tension observ e est p ) Indiquer sur l'oscillogramme ci-dessous ce que repr sente la p riode T. Calculer la valeur de T en d taillant le calcul. 4 ) En d duire la valeur de sa fr quence f en donnant son unit .5 ) Indiquer sur l'oscillogramme ci-dessous l'amplitude Um de u. Calculer sa valeur. Emetteur d'ultrasonsR cepteur d'ultrasonsdEcran6 ) Dessiner ci-dessous l'allure d'une tension en cr neaux qui aurait m me p riode et m me amplitude que la tension u(t) pr c 4 : Deux notes de musiqueOn a enregistr l'aide d'un logiciel d'acquisition les deux Ondes sonores musicales suivantes :Onde sonore AOnde sonore B 1 ) Compl ter le tableau suivant avec les mots : Intensit , timbre, hauteur qui caract risentun son musicalCaract ristique physique du sonFr quenceAmplitudeForme du signal sonorePerception auditive2 ) Les sons A et B sont-ils p riodiques ?

5 Si oui, surligner une p riode ci-dessus. 3 ) Comparer la hauteur des deux ) Identifier le son le plus ) Comparer le timbre des deux ) Ces deux sons ont-il t mis par le m me instrument ? Justifier votre r ponse. Exercice 5 : T l m tre anti-collision d'un v hicule Un t l m tre ultrasons embarqu sur un v hicule (photo ci-dessous) permet de mesurer les distances entre 10 cm et 4 m pour alerter le conducteur sur les obstacles. Lors d'un essai, le t l m tre met une onde ultrasonore qui se r fl chit sur l'obstacle et revient au t l m tre 5,0 ms apr s l' mission. 1 ) Sch matiser la ) Calculer la distance d s parant le v hicule del'obstacle.

6 3 ) Calculer la dur e minimale t que peutmesurer le t l m tre du v hicule. Donn e et formulaire : c l rit des ultrasonsdans l'air : 340 m/s ; c = d/ t. Exercice 6 : D collage d'une fus eLes deux images ci-dessous sont extraites d'une vid o montrant le d collage d'une fus e Falcon 9 de la soci t Space X le 3 juin 2017 en Floride. La cam ra qui filme se trouve surl'esplanade des spectateurs venus assister au d collage. Sur l'image du haut, le compte rebours est z ro, la fus e d colle. Sur l'image du bas, on entend le bruit des moteurs. 1 ) A l'aide du chronom trage de la vid o indiqu en bas gauche, d terminer la dur e qu' mis le son des moteurs pour parvenir aux spectateurs.

7 2 ) En d duire la distance d laquelle se trouvent les spectateurs. 3 ) Calculer la dur e mise par la lumi re pour parvenir jusqu'au spectateurs. Cette dur e est-elle n gligeable devant celle mise par le son ? 4 ) Pour quelle raison les spectateurs sont-ils situ s cette distance du pas de tir de la fus e ? Donn e et formulaire : c l rit des sons dans l'air : 340 m/s ; c l rit de la lumi re dans l'air 3, m/s ; c = d/ t. Source des images : :Exercice 1 :1 ) Ces Ondes ne sont pas audibles car leur fr quence est sup rieure 20 kHz, valeur limite des fr quences audibles par l'oreille ) T = 1/f = 1/5, = 2, s = 0,20 ) d = 5, m ; v = 1.

8 4 ) On a t = 2d/v = 2x5, / 1, = 7, s. Exercice 2 :1 ) Le ph nom ne est du la r flexion des Ondes sonores sur les ) T = 1/f = 1/ = 5, s = 50 s. 3 ) L'onde effectue un aller retour, elle parcours donc la distance ) d = v. t/2 = 340 x 3, /2= 0,50 m = 50 cm. Exercice 3: 1 ) Une p riode T correspond la dur e coul entre 2 maximum de u soit 4 divisions. On a alors: T = 4 div x 10 ms/div = 40 ms. Repr sentation: voir ) On a f= 1/T = 25 ) Um = 3 div x 2V/div = 6V. Repr sentation: voir ) La p riode est de 60 ms et le balayage vaut 10 ms/div. Une p riode T de la tension est donc repr sent e par 6 divisions.

9 L'amplitude Um de la tension vaut 4V et la d viation verticale vaut 2V/div. Les cr neaux positifs sont haut de 2 divisions. Oscillogrammeobserv :TUmTExercice 4 : 1 ) Caract ristique physiqueFr quenceAmplitudeForme du signal sonorePerception auditiveHauteurIntensit Timbre2 ) Ils sont p riodiques tous les deux car ils pr sentent un motif qui se reproduit r guli rement. 3 ) La hauteur d'un son d signe sa fr quence f. Il faut d'abord mesurer la p riode T de chaque son. Pour le son A, 5 p riodes TA repr sentent 22,6 ms, soit TA = 4,52 ms. Pour le son B, 3 p riodes TB repr sentent 6,82 ms, soit TB = 2,24 ms.

10 Le son qui poss de la plus haute fr quence est celui qui a la plus petite p riode. Ici, c'est le son B. 4 ) Le son le plus intense est celui qui a l'amplitude la plus grande. Ici, c'est le son B (3,4 contre 1,6 environ pour le son A). 5 ) Le timbre des deux sons est diff rents car leur motif l mentaire n'a pas la m me forme. 6 ) Ces sons ont t mis par deux instruments diff rents car le timbre des deux sons n'est pas le m me. Exercice 5 : 1 ) 2 ) On a d = c. t/2 (on divise par 2 car l'onde ultrasonore a effectu un aller-retour). d = /2 = 0,85 m. 3 ) La dur e minimale qu'il peut mesurer est celle pour la distance minimale de 10 cm soit t = 2d/c = 2x0,10/340 = 5, s = 0,59 ms.