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