8/2/2019 Corrig Physique TS 01 - Ondes mcaniques-livret

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Chapitre 1Ondes mcaniques progressives

Les exercices en gris sont pour le 13 septembre.

R R Onde Une onde correspond au dplacement dune

perturbation, contenant de lnergie, sans dpla-cement net de matire.

Onde mcanique Une onde mcanique se propage

dans un milieu matriel.Ondes transversales Perturbation perpendiculaire

la direction de propagation.Ondes longitudinales Perturbation parallle la di-

rection de propagation.Clrit La clrit duneonde mcanique estdonne

par :

c =dt

Onde progressive Une onde progressive correspond

au dplacement dune perturbation sans dfor-mation, la perturbation dun point du milieu linstant t tant identique celle de la source autemps t = t , tant le retard.

Milieu dispersif Lorsquele milieu estdispersif, la c-lrit de londe dpend de sa frquence.

Generis 5 + Vous devez tre aptes mener des me-sures de distances, de vitesses et de retards, surdes chronophotographies ou sur des enregistre-ments tudi laide dun logiciel informatique(comme Generis 5 + au lyce).

Oscilloscope Vous devez tre capable de mesurer leretard dun clap ou dune salve dultrasons laide dun oscilloscope.

M Onde

Onde mcanique

Onde transversale

Onde longitudinale

Clrit

Retard

Onde progressive

Milieu dispersif

A 1.1 N o15 p. 32 : Ondes mcaniques le long dun res-

sort

1.2 N o26 p. 35 : Perturbation le long dune corde

1.3 N o27 p. 35 : Perturbation le long dun ressort

1.4 N o28 p. 35 : Salve dultrasons

1.5 Variation de la clrit avec la tempratureLa clrit v du son dans lair est proportionnelle laracine carre de la temprature absolue T .a. Exprimez mathmatiquement cette proprit.b. On donne v = 340 m.s 1 pour la clrit du son

dans lair 15 oC. Calculez la clrit du son danslair 0oC puis 25oC.

P `Noubliez pas les exercices rsolus pages 30 et 31 du livre.

1.6 Clrit des ondes sur une cordeLa clrit des ondes le long dune corde lastique d-pend de sa tension F (en newtons N) et de sa masselinique (masse par unit de longueur, en kg.m 1) :

v =F

a. Calculez la clrit v pour une corde de longueur = 10 m dont la masse est de 1 , 0 kg, tendue parune force de 2 , 5 N.

b. Comment varie cette clrite si : avec la mme corde, on multiplie la tension par

quatre?

avec la mme tension, on forme une tresse avecquatre cordes identiques ?c. La corde de la question a est maintenant tendue par

lepoids dunemasse M, comme lemontrele schmaci-dessous :

corde poulie

masse

M

Calculer la valeur de la clrit des ondes le long dela corde, avec M = 160 g.

1.7 No20 p. 33 : Loloduc

Corrig 1Ondes mcaniques progressivesA 1.1 N o15 p. 32 : Ondes mcaniques le long dun res-

sort

1. La perturbation conserve sa forme au cours de lapropagation.

2. Londe est transversale; en eff et direction de propa-

gation & direction de la perturbation sont orthogo-naux.3. En mesurant au double dcimtre, on trouve 3,3 cm

pour la rgle de 100 cm, et 4,4 cm pour le dpla-cement de la perturbation, do la proportion sui-vante :

d100

=4, 43, 3 d

= 133 cm.

4. v =d

= 133.102

125.103= 10, 6 m.s1,

ce que lon peut arrondir 10 m.s1, compte tenu

de la prcision des mesures.

1.2 No26 p. 35 : Perturbation le long dune corde

1.3 No27 p. 35 : Perturbation le long dun ressort

1.4 No28 p. 35 : Salve dultrasons

1.5 Variation de la clrit avec la tempraturea. v = k T , aveck une constante arbitraire.b. La donne nous permet de calculer la valeur de la

constantek :k =

v T

= 340 15+ 273= 20, 0

OnnoteralaconversiondesdegrsCeliusenkelvin.On applique ensuite la formule :

0oC :v = 20, 0 0+ 273= 330 m.s1

20oC :v = 20, 0 20+ 273= 342 m.s1

P `1.6 Clrit des ondes sur une corde

a. La masse linque vaut : = m/ = 0, 10 kg.m1, etdonc, en appliquant la formule :

v =F

= 2, 50, 10

= 5 m.s1.

b. Variation de la clrite : on multiplie la tension par quatre : la clrit

double; on multiplie la masse linque par quatre : la c-

lrit est divise par deux.c. La tension, en considrant la poulie parfaite et sans

frottements, vaut donc :F = Mg = 160.103 9, 81 = 1, 57 N; et, par suite, en reprenant la mmemasse linque que dans la premire question :v = 3, 9 m.s1.

1.7 No20 p. 33 : Loloduc

1. Deux ondes sonores distinctes se propagent : unedansle ptroleavec la vitesseV 1, lautre dans lacieravec la vitesseV 2, plus leve. Le capteur reoitdonc deux perturbations.

2. Notons1 et 2 les dures de propagation des deuxsignaux; on a 1 < 2, et on peut crire :

1 =DV 1

et 2 =DV 2

.

La dure sparant les deux signaux est = 2 1,do la relation recherche : = D

1V 2

1V 1

D =V 1V 2

V 1 V 2.

3. Application numrique :D = 4, 8 km (on peut lais-

ser les vitessesV 1 et V 2 dans les units donnes parlnonc lors du calcul).