Lycée · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Ondes mécaniques
Propagation, célérité et perturbations dans un milieu matériel — programme de 2nde (lycée général)
À propos de cette page
Calculatrice interdite · Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.
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 définition des ondes mécaniques
/ 4 pts- Définir une onde mécanique en précisant ce qui se propage et ce qui ne se propage pas.
- Expliquer la différence entre une onde transversale et une onde longitudinale. Donner un exemple de chacune.
- Pourquoi le son ne peut-il pas se propager dans le vide spatial ?
Exercice 2 — Célérité et retard temporel
/ 5 pts- Donner la relation entre célérité $v$, distance $d$ et durée $t$.
- Lors d'un orage, un observateur voit l'éclair puis entend le tonnerre 7,5 s plus tard. La célérité du son est $v_{son} = 340$ m/s. Calculer la distance de l'orage (en m).
- Un second observateur entend le tonnerre 4,0 s après l'éclair. Calcule la distance de ce second observateur à l'orage.
- Lequel des deux est le plus éloigné ?
Exercice 3 — Période, fréquence et longueur d'onde
/ 5 pts- Une source émet un son de fréquence $f = 680$ Hz dans l'air ($v = 340$ m/s). Calculer la période $T$ (en s) et la longueur d'onde $\lambda$ (en m).
- Un musicien joue une note de période $T = 3{,}7 \times 10^{-3}$ s. Calculer sa fréquence $f$ (en Hz, arrondir à l'unité).
- Cette fréquence correspond-elle à un son grave, médium ou aigu ?
Exercice 4 — Sonar et écho
/ 4 ptsUn bateau utilise un sonar. Il émet un signal ultrasonore à $f = 50$ kHz dans l'eau ($v = 1480$ m/s). L'écho revient après $\Delta t = 0{,}54$ s.
- Calculer la profondeur $d$ du fond marin (en m).
- Calculer la longueur d'onde $\lambda$ des ultrasons dans l'eau (en m).
- Expliquer pourquoi on divise $\Delta t$ par 2 dans le calcul de la profondeur.
Exercice 5 — Analyse d'un signal périodique
/ 2 ptsUne onde se propage à $v = 2$ m/s. On mesure que la distance entre deux crêtes consécutives est $\lambda = 0{,}4$ m.
- Quelle est la fréquence de cette onde ?
- Un point B est situé à $d = 1{,}2$ m de la source A. Calculer le retard $\tau$ avec lequel B reçoit la perturbation.
Corrigé détaillé — à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie
Exercice 1 — Nature et définition des ondes mécaniques
Corrigé :
Q1. Une onde mécanique est la propagation d'une perturbation dans un milieu matériel. L'énergie se propage, mais la matière ne se déplace pas globalement. (1 pt)
Q2. Onde transversale : déplacement des particules ⊥ à la propagation (ex. corde vibrante). Onde longitudinale : déplacement ∥ à la propagation (ex. son dans l'air). (2 pts)
Q3. Le son est une onde mécanique ; il a besoin d'un milieu matériel. Dans le vide, il n'y a pas de particules à perturber. (1 pt)
Exercice 2 — Célérité et retard temporel
Corrigé :
Q1. $v = d/t$, donc $d = v \times t$ et $t = d/v$. (1 pt)
Q2. $d_1 = v \times \tau_1 = 340 \times 7{,}5 = 2550$ m. (1,5 pt)
Q3. $d_2 = 340 \times 4{,}0 = 1360$ m. (1,5 pt)
Q4. $d_1 > d_2$, donc le premier observateur est le plus éloigné de l'orage. (1 pt)
Exercice 3 — Période, fréquence et longueur d'onde
Corrigé :
Q1. $T = 1/f = 1/680 \approx 1{,}47 \times 10^{-3}$ s. $\lambda = v/f = 340/680 = 0{,}5$ m. (2 pts)
Q2. $f = 1/T = 1/(3{,}7 \times 10^{-3}) \approx 270$ Hz. (2 pts)
Q3. 270 Hz est dans la plage 200–2000 Hz : c'est un son médium. (1 pt)
Exercice 4 — Sonar et écho
Corrigé :
a) $d = v \times \Delta t / 2 = 1480 \times 0{,}27 = 399{,}6 \approx 400$ m. (1,5 pt)
b) $\lambda = v/f = 1480/(50 \times 10^3) = 0{,}0296$ m $\approx 2{,}96$ cm. (1,5 pt)
c) Le signal effectue un aller-retour : il parcourt $2d$ en $\Delta t$. On divise par 2 pour obtenir seulement la distance aller. (1 pt)
Exercice 5 — Analyse d'un signal périodique
Corrigé :
a) $f = v/\lambda = 2/0{,}4 = 5$ Hz. (1 pt)
b) $\tau = d/v = 1{,}2/2 = 0{,}6$ s. (1 pt)
Ce contrôle de physique-chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Ondes mécaniques » : 5 exercices, 50 minutes, noté sur 20. Le corrigé détaillé est dépliable sous le sujet.
- Exercice 1 — Nature et définition des ondes mécaniques/ 4 pts
- Exercice 2 — Célérité et retard temporel/ 5 pts
- Exercice 3 — Période, fréquence et longueur d'onde/ 5 pts
- Exercice 4 — Sonar et écho/ 4 pts
- Exercice 5 — Analyse d'un signal périodique/ 2 pts
Notions évaluées
Qu'est-ce qu'une onde mécanique ?, Modes de propagation : transversale et longitudinale, Célérité d'une onde, Notion de période et de fréquence, Longueur d'onde, Retard temporel et distance.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours.
- Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
- Se tester avec le QCM (36 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 50 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 « Ondes mécaniques » ?
- 50 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 50 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 physique-chimie (2nde) de seconde ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Ondes mécaniques » du programme officiel de physique-chimie (2nde) en seconde, soit Qu'est-ce qu'une onde mécanique ?, Modes de propagation : transversale et longitudinale, Célérité d'une onde, Notion de période et de fréquence.
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