Première · Enseignement scientifique

Contrôle n°2 — Le son, phénomène vibratoire

Évaluation portant sur la production, la propagation et la perception des sons, incluant des aspects physiques et physiologiques.

1h · Facile · 3 exercices · Barème sur 20 points

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Sujet

Travaille d’abord sans consulter le corrigé. Note tes réponses et les étapes de ton raisonnement.

Exercice 1 — Caractéristiques d'une onde sonore (6 points)

Un diapason émet un son pur de fréquence 440 Hz (La3). La célérité du son dans l'air à 20°C est de 340 m/s. 1. Calculez la période T de cette onde. 2. Calculez sa longueur d'onde λ. 3. Ce son se propage maintenant dans l'eau, où la célérité est de 1 500 m/s. Quelle est sa nouvelle longueur d'onde ? La fréquence perçue par un plongeur est-elle différente de celle perçue dans l'air ? Justifiez.

Exercice 2 — Analyse d'un signal sonore (8 points)

Le graphique représente l'évolution de la pression acoustique en fonction du temps pour un son complexe (une note de piano). 1. Ce signal est-il périodique ? Justifiez en citant une caractéristique visible. 2. Sur un autre graphique (spectre en fréquence), on observe un pic à 262 Hz et d'autres pics à 524 Hz, 786 Hz... Comment nomme-t-on ces fréquences multiples ? Quel est le rôle du premier pic (262 Hz) dans la perception du son ? 3. L'intensité sonore mesurée est de 1×10⁻⁵ W/m². Calculez le niveau d'intensité sonore L en décibels. Donnée : I₀ = 1×10⁻¹² W/m². Formule : L = 10 × log(I/I₀).

Exercice 3 — Perception et physiologie de l'audition (6 points)

1. Décrivez brièvement le trajet et la transformation du signal sonore, de l'oreille externe jusqu'aux cellules ciliées de la cochlée. 2. Quel est le rôle des cellules ciliées ? 3. Pourquoi l'être humain ne perçoit-il pas les infrasons (f < 20 Hz) ni les ultrasons (f > 20 000 Hz) ?

Corrigé et barème

Le total du barème est de 20 points. Les réponses rédigées admettent plusieurs formulations pertinentes ; compare le raisonnement, pas seulement les mots.

Exercice 1 — Caractéristiques d'une onde sonore : 6 points

1. T = 1/f = 1/440 ≈ 2,27×10⁻³ s (2,27 ms). 2. λ = c/f = 340/440 ≈ 0,773 m. 3. Dans l'eau : λ' = c'/f = 1500/440 ≈ 3,41 m. La fréquence perçue ne change pas car elle est déterminée par la source vibrante. Seule la longueur d'onde change avec le milieu de propagation.

Exercice 2 — Analyse d'un signal sonore : 8 points

1. Oui, le motif de variation de la pression se répète au cours du temps, on observe une période. 2. Ce sont les harmoniques. Le premier pic (262 Hz) est la fréquence fondamentale, elle détermine la hauteur perçue de la note (un Do₃). 3. L = 10 × log(1×10⁻⁵ / 1×10⁻¹²) = 10 × log(10⁷) = 10 × 7 = 70 dB.

Exercice 3 — Perception et physiologie de l'audition : 6 points

1. Le pavillon capte les ondes. Le tympan vibre. Les osselets transmettent et amplifient les vibrations à la fenêtre ovale. Le liquide de la cochlée est mis en mouvement. 2. Les cellules ciliées transforment le stimulus mécanique (vibration) en signal électrique (potentiel d'action) qui est transmis au nerf auditif. 3. La structure de l'oreille interne (en particulier la membrane basilaire et les cellules ciliées) n'est pas capable de résonner ou de répondre de manière efficace à ces fréquences extrêmes, hors de la plage de sensibilité de l'audition humaine.

Comprendre, puis réessayer

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