Terminale · Enseignement scientifique

Devoir surveillé n°1 — Le son, phénomène vibratoire

Ce contrôle évalue la compréhension de la nature ondulatoire du son, de ses caractéristiques physiques et de sa propagation.

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

Entraînement généré par IA — vérification pédagogique complète non acquise.

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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 (7 points)

Un diapason émet un son pur de fréquence 440 Hz. La célérité du son dans l'air est de 340 m/s. 1. Définissez ce qu'est un son pur. Quelle est la relation entre la période T et la fréquence f ? Calculez la période du son émis. 2. Définissez la longueur d'onde λ. Établissez la relation entre λ, la célérité c et la fréquence f. Calculez la longueur d'onde du son émis. 3. Expliquez pourquoi le son ne se propage pas dans le vide. Quel milieu est nécessaire à sa propagation ?

Exercice 2 — Analyse de signaux sonores (7 points)

Le graphique ci-contre (non reproduit, décrit dans l'énoncé) représente l'évolution temporelle de la pression en deux points A et B d'une onde sonore se propageant dans l'air. Les signaux sont identiques mais décalés dans le temps. 1. Quel paramètre physique ce décalage temporel permet-il de déterminer ? Justifiez. 2. La distance entre les points A et B est de 1,02 m. Le décalage mesuré sur le graphique est de 3,0 ms. Calculez la célérité du son dans l'air dans ces conditions. 3. Cette valeur est-elle cohérente avec l'ordre de grandeur connu ? Argumentez.

Exercice 3 — Niveau d'intensité sonore (6 points)

L'intensité sonore I d'une conversation normale est d'environ 1,0 × 10⁻⁶ W/m². 1. Rappelez la formule donnant le niveau d'intensité sonore L en décibels (dB) en fonction de l'intensité I et de l'intensité de référence I₀ (donnée : I₀ = 1,0 × 10⁻¹² W/m²). 2. Calculez le niveau sonore L de cette conversation. 3. Une tondeuse à gazon émet un niveau sonore de 90 dB. Calculez l'intensité sonore I' correspondante. Combien de fois I' est-il plus grand que l'intensité I de la conversation ?

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 : 7 points

1. Un son pur est associé à une onde sinusoïdale, caractérisée par une seule fréquence. La relation est T = 1/f. Ici, T = 1/440 ≈ 2,27 × 10⁻³ s (2,27 ms). 2. La longueur d'onde λ est la distance parcourue par l'onde pendant une période. La relation est λ = c / f = c × T. Ici, λ = 340 / 440 ≈ 0,773 m. 3. Le son est une onde mécanique qui nécessite un milieu matériel élastique (solide, liquide ou gazeux) pour se propager, car il correspond à la propagation d'une perturbation de la matiere. Dans le vide, l'absence de matière empêche cette propagation.

Exercice 2 — Analyse de signaux sonores : 7 points

1. Le décalage temporel Δt correspond au temps de propagation de l'onde entre A et B. Il permet de déterminer la célérité c si l'on connaît la distance d, car c = d / Δt. 2. Application numérique : c = 1,02 / (3,0 × 10⁻³) = 340 m/s. 3. Oui, cette valeur est tout à fait cohérente. La célérité du son dans l'air à température ambiante est typiquement de l'ordre de 340 m/s.

Exercice 3 — Niveau d'intensité sonore : 6 points

1. Formule : L = 10 × log(I / I₀), avec L en dB, I en W/m² et I₀ = 1,0 × 10⁻¹² W/m². 2. L = 10 × log((1,0 × 10⁻⁶) / (1,0 × 10⁻¹²)) = 10 × log(10⁶) = 10 × 6 = 60 dB. 3. Pour L' = 90 dB, on a 90 = 10 × log(I' / I₀) donc I' / I₀ = 10⁹, soit I' = 1,0 × 10⁻³ W/m². Le rapport est I' / I = (1,0 × 10⁻³) / (1,0 × 10⁻⁶) = 10³. L'intensité est 1000 fois plus grande.

Comprendre, puis réessayer

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