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Enseignement scientifique 1ʳᵉ

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Propriétés des ondes sonores

Nature, propagation et caractéristiques du son — thème « Son et musique, porteurs d'information » (programme de 1re générale)

À propos de cette page
Cette activité de compréhension sur « Propriétés des ondes sonores » en première entraîne à lire, analyser et répondre à des questions en enseignement scientifique. Elle suit le programme officiel de première. Au programme : Nature et propagation des ondes sonores, Vitesse du son et milieux de propagation, Fréquence, période et longueur d'onde, Amplitude et niveau sonore. Lis le document, réponds puis vérifie immédiatement tes réponses pour progresser. Un bon moyen de travailler la méthode, d'enrichir son vocabulaire et de préparer les contrôles. Ressource gratuite proposée par un professeur particulier à Marseille pour réussir en enseignement scientifique en première.
1Lis le texte suivant sur une application des ondes sonores, puis réponds aux questions.

Le sonar, un œil sous la mer

Inventé pendant la Première Guerre mondiale pour détecter les sous-marins, le sonar (Sound Navigation And Ranging) est aujourd'hui omniprésent : bateaux de pêche, navires océanographiques et même appareils médicaux l'utilisent. Son principe repose sur l'émission d'une impulsion ultrasonore et la mesure du temps que met l'écho à revenir après réflexion sur un obstacle.

Dans l'eau de mer, la vitesse du son est d'environ 1 500 m/s. Elle varie légèrement selon la température, la salinité et la pression. Pour cartographier les fonds marins, un sonar balaie le fond et enregistre les temps de retour pour chaque direction. En multipliant le demi-temps aller-retour par la vitesse du son, on obtient la profondeur.

Les sonars biologiques — ou biosonars — existent chez les dauphins et les chauves-souris. Ces animaux émettent des clics ou des cris ultrasonores et analysent les échos pour se repérer et chasser. Les dauphins utilisent des fréquences allant de 0,2 à 150 kHz, bien au-delà du domaine audible humain.

2Questions
Q1 Quel phénomène physique est à la base du fonctionnement du sonar ?
Q2 Exprime en mètres la profondeur calculée si le temps aller-retour d'un écho est de 0,6 s ($v = 1500$ m/s).
Q3 Pourquoi les sonar n'utilisent-ils pas le son audible mais des ultrasons ?
Q4 Donne deux facteurs qui font varier la vitesse du son dans l'eau de mer selon le texte.
Q5 Les dauphins utilisent des fréquences jusqu'à 150 kHz. Appartient-il au domaine audible humain ? Justifie.
Voir le corrigé
  1. la réflexion — Le sonar repose sur la réflexion des ondes ultrasonores sur un obstacle.
  2. 450 — $d = 1500 \times 0{,}6/2 = 450$ m.
  3. Réponse libre — exemple : Les ultrasons ont une longueur d'onde plus courte, ce qui permet une meilleure résolution spatiale et de détecter de plus petits obstacles. De plus, ils ne perturbent pas la communication acoustique des animaux marins dans le domaine audible.
  4. température et salinité — Le texte cite la température, la salinité et la pression comme facteurs de variation.
  5. Réponse libre — exemple : Non. Le domaine audible humain s'étend de 20 Hz à 20 000 Hz (20 kHz). Or 150 kHz = 150 000 Hz est bien supérieur à 20 kHz : il s'agit donc d'ultrasons, imperceptibles par l'oreille humaine.
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