Lycée · 1ʳᵉ · Enseignement scientifique
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
Sans document · Les réponses doivent être rédigées et justifiées. Soigne l'orthographe et la présentation.
Devoir surveillé de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.
Exercice 1 — Nature et propagation du son
/ 4 pts- Définir brièvement une onde sonore et préciser sa nature (1 pt).
- Citer deux milieux dans lesquels le son se propage et un milieu dans lequel il ne se propage pas (1 pt).
- Expliquer la différence entre une onde transversale et une onde longitudinale, et préciser à quelle catégorie appartient le son (2 pts).
Exercice 2 — Calculs de vitesse, période et longueur d'onde
/ 5 pts- Un son de fréquence $f = 850$ Hz se propage dans l'air à $v = 340$ m/s. Calculer sa longueur d'onde $\lambda$ (arrondir au cm). (2 pts)
- Calculer la période $T$ de ce son. (1 pt)
- Ce même son pénètre dans l'eau ($v_{eau} = 1500$ m/s). Sa fréquence change-t-elle ? Calculer sa nouvelle longueur d'onde dans l'eau. (2 pts)
Exercice 3 — Niveau sonore et décibels
/ 5 pts- Énoncer la formule du niveau sonore $L$ en fonction de l'intensité $I$ et de l'intensité de référence $I_0$. Préciser l'unité. (1 pt)
- L'intensité d'un son est multipliée par 1 000. De combien de dB le niveau sonore augmente-t-il ? (Justifier sans calculatrice.) (2 pts)
- Un marteau-piqueur produit un niveau sonore de 100 dB à 1 m. Un contrôleur des travaux est exposé pendant 4 h. Citer un risque pour la santé et une mesure de prévention. (2 pts)
Exercice 4 — Hauteur, timbre et harmoniques
/ 3 pts- Définir la hauteur d'un son musical et le timbre. (2 pts)
- Un instrument produit un son fondamental de 330 Hz. Donner les fréquences des deux premiers harmoniques. (1 pt)
Exercice 5 — Application — le sonar
/ 3 pts- Un navire émet un ultrason. L'écho revient $\Delta t = 0{,}5$ s plus tard. Sachant que la vitesse du son dans l'eau de mer est $v = 1500$ m/s, calculer la profondeur de l'eau à cet endroit. (2 pts)
- Pourquoi utilise-t-on des ultrasons (et non des sons audibles) pour le sonar ? (1 pt)
Corrigé détaillé — à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie
Exercice 1 — Nature et propagation du son
Corrigé :
1. Une onde sonore est une onde mécanique longitudinale se propageant par alternances de compressions et de dilatations dans un milieu matériel. (1 pt)
2. Milieux de propagation : l'air, l'eau, l'acier, etc. Milieu sans propagation : le vide. (1 pt)
3. Dans une onde transversale, la perturbation est perpendiculaire à la direction de propagation (ex : onde sur une corde). Dans une onde longitudinale, la perturbation est parallèle à la direction de propagation. Le son est une onde longitudinale. (2 pts)
Exercice 2 — Calculs de vitesse, période et longueur d'onde
Corrigé :
1. $\lambda = v/f = 340/850 \approx 0{,}40$ m = 40 cm. (2 pts)
2. $T = 1/f = 1/850 \approx 1{,}18 \times 10^{-3}$ s ≈ 1,18 ms. (1 pt)
3. La fréquence ne change pas lors du changement de milieu ($f = 850$ Hz). Nouvelle longueur d'onde : $\lambda_{eau} = 1500/850 \approx 1{,}76$ m. (2 pts)
Exercice 3 — Niveau sonore et décibels
Corrigé :
1. $L = 10 \log\left(\dfrac{I}{I_0}\right)$, exprimé en décibels (dB), avec $I_0 = 10^{-12}$ W/m². (1 pt)
2. Multiplier par 1 000 = multiplier par $10^3$. Augmentation de niveau : $10 \times \log(10^3) = 10 \times 3 = $ 30 dB. (2 pts)
3. Risque : surdité irréversible (ou perte auditive, acouphènes). Prévention : port de protections auditives (casque anti-bruit, bouchons d'oreilles) et limitation de la durée d'exposition. (2 pts)
Exercice 4 — Hauteur, timbre et harmoniques
Corrigé :
1. La hauteur est la qualité perçue liée à la fréquence fondamentale $f_1$ du son (son grave ou aigu). Le timbre est la qualité liée à la composition en harmoniques du son, permettant de distinguer deux instruments jouant la même note. (2 pts)
2. 1er harmonique (rang 2) : $2 \times 330 = $ 660 Hz. 2e harmonique (rang 3) : $3 \times 330 = $ 990 Hz. (1 pt)
Exercice 5 — Application — le sonar
Corrigé :
1. La durée aller-retour est $\Delta t = 0{,}5$ s, donc la durée de l'aller seul est $0{,}5/2 = 0{,}25$ s. Profondeur : $d = v \times t_{aller} = 1500 \times 0{,}25 = $ 375 m. (2 pts)
2. Les ultrasons ont une longueur d'onde plus courte que les sons audibles, ce qui permet une meilleure résolution spatiale (détection d'obstacles plus petits). Ils sont aussi utilisés pour éviter de masquer les communications acoustiques des animaux marins dans le domaine audible. (1 pt)
Ce contrôle de enseignement scientifique 1ʳᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Propriétés des ondes sonores » : 5 exercices, 60 minutes, noté sur 20. Le corrigé détaillé est dépliable sous le sujet.
- Exercice 1 — Nature et propagation du son/ 4 pts
- Exercice 2 — Calculs de vitesse, période et longueur d'onde/ 5 pts
- Exercice 3 — Niveau sonore et décibels/ 5 pts
- Exercice 4 — Hauteur, timbre et harmoniques/ 3 pts
- Exercice 5 — Application — le sonar/ 3 pts
Notions évaluées
Nature et propagation des ondes sonores, Vitesse du son et milieux de propagation, Fréquence, période et longueur d'onde, Amplitude et niveau sonore, Hauteur et timbre d'un son, Domaines sonores : sons audibles, infrasons et ultrasons.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours.
- Refaire les exercices corrigés et les compréhension.
- Se tester avec le QCM (36 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 60 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
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Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « Propriétés des ondes sonores » ?
- 60 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé détaillé se déplie sous le sujet, à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 60 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
- Ce sujet suit-il le programme de enseignement scientifique de première ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Propriétés des ondes sonores » du programme officiel de enseignement scientifique en première, soit Nature et propagation des ondes sonores, Vitesse du son et milieux de propagation, Fréquence, période et longueur d'onde, Amplitude et niveau sonore.
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