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Spécialité Physique-Chimie 1ʳᵉ

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Ondes mécaniques : propagation et périodicité

Onde progressive, transversale ou longitudinale ; célérité et milieu ; retard et localisation d’une source ; double périodicité, λ = vT ; points en phase, changement de milieu ; mesures et simulation en Python.

À propos de cette page
Trente-six questions de QCM en trois niveaux, chacune corrigée : définitions et relations du cours, calculs de célérité, de longueur d’onde et de retard, puis raisonnements sur la fréquence, le milieu, la localisation d’une source et la simulation.

Les 36 questions du QCM en version texte

Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.

Niveau facile ★ — 12 questions

  1. Une onde mécanique progressive transporte :

    • A. de la matière et de l’énergie à la fois
    • B. de l’énergie, sans transport de matière
    • C. de la matière, sans transport d’énergie
    • D. de la matière seulement dans les liquides
    Réponse

    B. de l’énergie, sans transport de matière — Chaque point du milieu s’écarte puis revient à sa place : la perturbation et l’énergie avancent, la matière reste sur place.

  2. Une onde mécanique ne peut pas se propager :

    • A. dans le vide
    • B. dans un solide
    • C. dans l’eau de mer
    • D. dans l’air chaud
    Réponse

    A. dans le vide — Il faut un milieu matériel dont chaque portion met en mouvement sa voisine ; dans le vide, il n’y a rien à mettre en mouvement.

  3. Dans une onde longitudinale, les points du milieu se déplacent :

    • A. perpendiculairement à la propagation
    • B. toujours verticalement, de haut en bas
    • C. avec l’onde, jusqu’au bout du milieu
    • D. dans la direction de propagation
    Réponse

    D. dans la direction de propagation — Longitudinale : mouvement des points parallèle à la propagation, comme les compressions et dilatations de l’air pour le son.

  4. Dans le Système international, la célérité d’une onde s’exprime en :

    • A. m·s⁻²
    • B. Hz
    • C. m·s⁻¹
    • D. s·m⁻¹
    Réponse

    C. m·s⁻¹ — C’est une distance divisée par une durée. Le m·s⁻² est l’unité d’une accélération, le hertz celle d’une fréquence.

  5. La relation entre longueur d’onde, célérité et période s’écrit :

    • A. λ = v ÷ T
    • B. λ = v × T
    • C. λ = T ÷ v
    • D. λ = v × f
    Réponse

    B. λ = v × T — La longueur d’onde est la distance parcourue par l’onde pendant une période : λ = v × T, ou λ = v ÷ f.

  6. La longueur d’onde se lit sur :

    • A. l’aspect du milieu à un instant donné
    • B. l’enregistrement d’un point au cours du temps
    • C. la hauteur maximale atteinte par la courbe
    • D. la durée d’un motif du signal enregistré
    Réponse

    A. l’aspect du milieu à un instant donné — λ est une périodicité dans l’espace : on la lit sur un graphique en fonction de la position. Sur un enregistrement en fonction du temps, on lit la période.

  7. La célérité d’une onde mécanique dépend :

    • A. de l’amplitude de la source
    • B. de la durée de la perturbation
    • C. de la distance déjà parcourue
    • D. du milieu de propagation
    Réponse

    D. du milieu de propagation — Nature du milieu, température, tension d’une corde, profondeur de l’eau : c’est le milieu qui fixe la célérité, pas la force de la source.

  8. Deux points distants d’un nombre entier de longueurs d’onde vibrent :

    • A. en opposition de phase
    • B. avec un quart de période d’écart
    • C. en phase
    • D. sans lien entre leurs mouvements
    Réponse

    C. en phase — Leur retard vaut un nombre entier de périodes : ils ont à chaque instant la même élongation.

  9. Quand une onde périodique change de milieu, la grandeur qui se conserve est :

    • A. la longueur d’onde
    • B. la fréquence
    • C. la célérité
    • D. le retard
    Réponse

    B. la fréquence — La fréquence est imposée par la source. La célérité change avec le milieu, et la longueur d’onde dans le même rapport.

  10. Le retard d’un point situé à la distance d de la source vaut :

    • A. τ = d ÷ v
    • B. τ = v ÷ d
    • C. τ = d × v
    • D. τ = d ÷ λ
    Réponse

    A. τ = d ÷ v — Le retard est la durée de propagation de la source jusqu’au point : distance divisée par célérité.

  11. Un milieu est dit dispersif lorsque :

    • A. l’amplitude baisse avec la distance
    • B. l’onde y change de direction
    • C. il absorbe toute l’énergie de l’onde
    • D. la célérité dépend de la fréquence
    Réponse

    D. la célérité dépend de la fréquence — La dispersion est la dépendance de la célérité vis-à-vis de la fréquence ; l’air est non dispersif pour le son.

  12. Dans le modèle d’une file de masses reliées par des ressorts, la perturbation avance moins vite si :

    • A. les ressorts sont plus raides
    • B. la secousse de départ est plus forte
    • C. les masses sont plus lourdes
    • D. la file de masses est plus longue
    Réponse

    C. les masses sont plus lourdes — Des masses plus lourdes, à cause de leur inertie, tardent davantage à suivre leur voisine : la perturbation ralentit. Des ressorts plus raides l’accéléreraient.

Niveau moyen ★★ — 12 questions

  1. Une vague parcourt 45 m en 9,0 s. Sa célérité vaut :

    • A. 405 m·s⁻¹
    • B. 5,0 m·s⁻¹
    • C. 0,20 m·s⁻¹
    • D. 54 m·s⁻¹
    Réponse

    B. 5,0 m·s⁻¹ — v = 45 ÷ 9,0 = 5,0 m·s⁻¹. 405 multiplie au lieu de diviser, 0,20 inverse le quotient.

  2. Une onde de fréquence 250 Hz se propage à 1 500 m·s⁻¹. Sa longueur d’onde vaut :

    • A. 6,0 m
    • B. 0,17 m
    • C. 3,75 × 10⁵ m
    • D. 1,25 m
    Réponse

    A. 6,0 m — λ = v ÷ f = 1 500 ÷ 250 = 6,0 m. 0,17 m inverse le quotient, 3,75 × 10⁵ m multiplie.

  3. Une onde a une longueur d’onde de 2,4 m et une période de 0,30 s. Sa célérité vaut :

    • A. 0,72 m·s⁻¹
    • B. 0,13 m·s⁻¹
    • C. 2,7 m·s⁻¹
    • D. 8,0 m·s⁻¹
    Réponse

    D. 8,0 m·s⁻¹ — v = λ ÷ T = 2,4 ÷ 0,30 = 8,0 m·s⁻¹. 0,72 multiplie λ par T.

  4. Sur l’aspect d’une corde, 6 crêtes successives s’étendent sur 1,0 m. La longueur d’onde vaut :

    • A. 0,17 m
    • B. 6,0 m
    • C. 0,20 m
    • D. 0,25 m
    Réponse

    C. 0,20 m — 6 crêtes délimitent 5 intervalles : λ = 1,0 ÷ 5 = 0,20 m. Diviser par 6 donnerait 0,17 m.

  5. Une onde se propage à 30 m·s⁻¹. Un point situé à 4,5 m de la source a un retard de :

    • A. 6,7 s
    • B. 0,15 s
    • C. 135 s
    • D. 0,015 s
    Réponse

    B. 0,15 s — τ = d ÷ v = 4,5 ÷ 30 = 0,15 s. 6,7 s inverse le quotient, 135 s multiplie.

  6. Ondes P à 8,0 km·s⁻¹ et ondes S à 4,5 km·s⁻¹ ; une station est à 360 km du foyer. L’écart entre leurs arrivées vaut :

    • A. 35 s
    • B. 45 s
    • C. 80 s
    • D. 125 s
    Réponse

    A. 35 s — Les ondes P mettent 360 ÷ 8,0 = 45 s, les ondes S 360 ÷ 4,5 = 80 s : l’écart vaut 80 − 45 = 35 s.

  7. λ = 0,80 m. La plus petite distance entre deux points qui vibrent en opposition de phase vaut :

    • A. 0,80 m
    • B. 0,20 m
    • C. 1,6 m
    • D. 0,40 m
    Réponse

    D. 0,40 m — Opposition de phase : distance de (k + 0,5) λ ; la plus petite, pour k = 0, vaut λ ÷ 2 = 0,40 m. À 0,80 m, les points sont en phase.

  8. Un son de 680 Hz passe de l’air (340 m·s⁻¹) dans l’eau (1 500 m·s⁻¹). Sa longueur d’onde dans l’eau vaut environ :

    • A. 0,50 m
    • B. 0,45 m
    • C. 2,2 m
    • D. 1,0 × 10⁶ m
    Réponse

    C. 2,2 m — La fréquence reste 680 Hz : λ = 1 500 ÷ 680 ≈ 2,2 m. 0,50 m est la longueur d’onde dans l’air.

  9. Sur une corde, v = √(F ÷ µ). Si la tension est multipliée par 9, la célérité est :

    • A. multipliée par 9
    • B. multipliée par 3
    • C. multipliée par 81
    • D. divisée par 3
    Réponse

    B. multipliée par 3 — La célérité varie comme la racine carrée de la tension : √9 = 3.

  10. Un émetteur de 30 kHz produit des ultrasons dont la longueur d’onde mesurée vaut 11,5 mm. Leur célérité vaut :

    • A. 345 m·s⁻¹
    • B. 0,345 m·s⁻¹
    • C. 3,45 × 10⁵ m·s⁻¹
    • D. 2,6 × 10³ m·s⁻¹
    Réponse

    A. 345 m·s⁻¹ — v = λ × f = 0,0115 × 30 000 = 345 m·s⁻¹. 3,45 × 10⁵ oublie de convertir les millimètres, 0,345 les kilohertz, et 2,6 × 10³ divise f par λ.

  11. Un point de la corde retrouve le même état toutes les 0,125 s. La fréquence de l’onde vaut :

    • A. 0,125 Hz
    • B. 125 Hz
    • C. 0,80 Hz
    • D. 8,0 Hz
    Réponse

    D. 8,0 Hz — La durée donnée est la période : f = 1 ÷ 0,125 = 8,0 Hz.

  12. On éloigne un récepteur de 6,0 cm : ses signaux se retrouvent 4 fois en phase avec ceux de l’autre récepteur. La longueur d’onde vaut :

    • A. 1,2 cm
    • B. 2,0 cm
    • C. 1,5 cm
    • D. 24 cm
    Réponse

    C. 1,5 cm — Partis en phase, au 4e retour en phase les récepteurs sont décalés de 4 λ : λ = 6,0 ÷ 4 = 1,5 cm.

Niveau difficile ★★★ — 12 questions

  1. On double la fréquence de la source, le milieu restant le même. Alors :

    • A. la célérité de l’onde double
    • B. la longueur d’onde est divisée par deux
    • C. la célérité est divisée par deux
    • D. la longueur d’onde double aussi
    Réponse

    B. la longueur d’onde est divisée par deux — La célérité ne dépend que du milieu : elle ne change pas. Avec λ = v ÷ f, doubler f divise λ par deux.

  2. Un élève croit lire λ sur l’enregistrement d’un point en fonction du temps. Il lit en réalité :

    • A. la période
    • B. la longueur d’onde
    • C. la célérité
    • D. le retard
    Réponse

    A. la période — Sur un graphique en fonction du temps, le motif se répète toutes les périodes ; λ se lit sur un graphique en fonction de la position.

  3. La célérité du son dans l’air augmente quand :

    • A. la fréquence du son augmente
    • B. l’amplitude du son augmente
    • C. la source se rapproche de nous
    • D. la température de l’air augmente
    Réponse

    D. la température de l’air augmente — Seul le milieu compte : dans l’air, v ≈ 331 + 0,6 θ. Ni la fréquence ni l’amplitude n’interviennent.

  4. Sur une corde parcourue par une onde, la vitesse d’un point du milieu :

    • A. est égale à la célérité de l’onde
    • B. est nulle à chaque instant
    • C. est en général différente de la célérité
    • D. vaut la moitié de la célérité
    Réponse

    C. est en général différente de la célérité — Le point oscille perpendiculairement à la corde, à une vitesse qui varie sans cesse ; l’onde avance à la célérité v le long de la corde.

  5. Une vague arrive au-dessus d’un fond moins profond. Sa période :

    • A. diminue, sa longueur d’onde reste la même
    • B. reste la même, sa longueur d’onde diminue
    • C. reste la même, sa longueur d’onde augmente
    • D. augmente, comme sa longueur d’onde
    Réponse

    B. reste la même, sa longueur d’onde diminue — La période est fixée par la source. La célérité √(g h) diminue, donc λ = v × T diminue : les crêtes se resserrent.

  6. Deux stations enregistrent un même séisme. Celle qui mesure le plus grand écart entre les ondes P et S :

    • A. est la plus éloignée de l’épicentre
    • B. est la plus proche de l’épicentre
    • C. a reçu les ondes les plus fortes
    • D. a reçu les ondes P la première
    Réponse

    A. est la plus éloignée de l’épicentre — L’écart vaut d × (1 ÷ vS − 1 ÷ vP) : il est proportionnel à la distance.

  7. Pour localiser une source sur la droite qui joint deux capteurs A et B, il suffit de connaître :

    • A. v et l’heure d’émission seulement
    • B. l’écart entre les arrivées et f
    • C. AB et l’amplitude reçue en A
    • D. v, AB et l’écart entre les arrivées
    Réponse

    D. v, AB et l’écart entre les arrivées — x = (AB − v × Δt) ÷ 2 : la célérité, la distance entre les capteurs et l’écart des arrivées suffisent, sans connaître l’heure d’émission.

  8. Deux points M et N vibrent en opposition de phase. Le retard de N sur M peut valoir :

    • A. 2 T
    • B. 0,25 T
    • C. 1,5 T
    • D. 3 T
    Réponse

    C. 1,5 T — Opposition de phase : retard égal à un nombre entier de périodes plus une demi-période. 2 T et 3 T donnent des points en phase.

  9. À un instant donné, un point d’une onde sinusoïdale est sur une crête. Une demi-période plus tard, il est :

    • A. sur une crête
    • B. dans un creux
    • C. immobile pour de bon
    • D. une longueur d’onde plus loin
    Réponse

    B. dans un creux — En une demi-période, le point effectue la moitié d’une oscillation : il passe de l’élongation maximale à l’élongation minimale, sans quitter sa place.

  10. Dans un programme Python qui simule une onde, y = A*sin(2*pi*(t - x/v)/T). On double la valeur de v sans changer T. Sur le tracé, la longueur d’onde :

    • A. est multipliée par deux
    • B. est divisée par deux
    • C. reste la même
    • D. est multipliée par quatre
    Réponse

    A. est multipliée par deux — λ = v × T : la période ne change pas et la célérité double, donc λ double ; le front de l’onde avance aussi deux fois plus vite.

  11. On garde le même vibreur, à la même fréquence, mais on augmente l’amplitude de ses oscillations. La longueur d’onde sur la corde :

    • A. double
    • B. diminue
    • C. augmente un peu
    • D. ne change pas
    Réponse

    D. ne change pas — La célérité dépend de la corde, la fréquence du vibreur ; l’amplitude n’intervient ni dans l’une ni dans l’autre : λ = v ÷ f ne change pas.

  12. Une onde périodique a pour période 20 ms et pour longueur d’onde 0,60 m. En 0,10 s, elle parcourt :

    • A. 0,60 m
    • B. 0,12 m
    • C. 3,0 m
    • D. 1,5 m
    Réponse

    C. 3,0 m — v = 0,60 ÷ 0,020 = 30 m·s⁻¹ ; en 0,10 s, soit 5 périodes, elle parcourt 30 × 0,10 = 3,0 m = 5 λ.

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