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Son : fréquence, infrasons et ultrasons
Le son, une onde mécanique ; période et fréquence sur un oscillogramme, f = 1 ÷ T ; hauteur et intensité ; son audible, infrason ou ultrason ; distance mesurée par l’écho d’ultrasons : sonar, capteur de recul, échographie
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Sujet et corrigé prêts à imprimer.
Devoir surveillé – Son : fréquence, infrasons et ultrasons
Durée : 55 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Physique 3ᵉ
Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.
Exercice 1 – La note du clavier ★★
(4 pts)Note tenue d’un clavier captée par un microphone ; durée de balayage : 1 ms/div.
- a)Pourquoi dit-on que ce signal est périodique ?
- b)Mesure la période en utilisant deux motifs. Pourquoi en mesure-t-on deux plutôt qu’un seul ?
- c)Calcule la fréquence de ce son. Est-il audible ? Justifie.
- d)Combien de vibrations la membrane du microphone effectue-t-elle en 0,2 s ?
Exercice 2 – Deux notes à comparer ★★
(4 pts)On enregistre deux notes jouées par une flûte, avec les mêmes réglages : durée de balayage 1 ms/div, même sensibilité verticale.
| A | B |
- a)Laquelle des deux notes est la plus aiguë ? Justifie sans calcul.
- b)Laquelle est la plus forte ? Justifie.
- c)Calcule la fréquence de chaque note. Quel intervalle musical les sépare ?
- d)On veut que la note A soit aussi forte que la note B, sans changer de note. Que doit-on modifier sur le signal de A, et que doit-on garder ?
Exercice 3 – Une ride sur le lac ★★
(4 pts)Inès lance un caillou dans un lac calme. Des rides s’éloignent du point d’impact ; une feuille morte posée sur l’eau à 8 m de là monte puis redescend au passage de la première ride, 5 s après le « plouf », qu’un pêcheur entend aussi depuis la rive.
- a)La ride est-elle une onde mécanique ? Justifie à l’aide du mouvement de la feuille.
- b)Calcule la vitesse de propagation de la ride.
- c)Le « plouf » parvient au pêcheur grâce à une autre onde mécanique. Laquelle ? Dans quel milieu se propage-t-elle, et que subit ce milieu à son passage ?
- d)Inès plonge dans l’eau un hydrophone (un microphone étanche) relié à un oscilloscope. Que convertit l’hydrophone ? Que montre l’oscilloscope ?
Exercice 4 – Ce que l’oreille n’entend pas ★★★
(4 pts)Période de quatre sons : grondement d’un volcan, chant d’un oiseau, clic d’un dauphin, sifflet à ultrasons.
| Son | volcan | oiseau | dauphin | sifflet |
| Période | 0,125 s | 0,16 ms | 8 µs | 32 µs |
- a)Calcule la fréquence de chacun des quatre sons.
- b)Classe chaque son (infrason, audible ou ultrason) en comparant sa période à 50 ms ou à 50 µs.
- c)Un chien entend jusqu’à environ 45 kHz. Lequel de ces sons entend-il, alors que l’être humain ne l’entend pas ?
- d)Les infrasons du volcan avancent dans l’air à 340 m/s. En combien de minutes atteignent-ils une station d’écoute située à 1 020 km ?
Exercice 5 – Le robot qui évite les murs ★★★
(4 pts)Le capteur d’un robot aspirateur émet des salves d’ultrasons de 40 kHz et reçoit leur écho sur un mur. Oscillogramme à deux voies, durée de balayage 2 ms/div ; air : 340 m/s.
- a)Ce son est-il audible ? Donne deux avantages des ultrasons ici.
- b)Lis le décalage Δt entre le début de la salve et le début de l’écho.
- c)Calcule la distance entre le robot et le mur.
- d)Le robot doit tourner quand le mur est à 34 cm. Quel décalage Δt mesurera-t-il alors, et sur combien de divisions ?
Bon courage !
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Voir le corrigé et le barème
Corrigé et barème – Son : fréquence, infrasons et ultrasons
Durée : 55 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Physique 3ᵉ
Exercice 1 – La note du clavier ★★
(4 pts)- a)Le même motif se répète à intervalles de temps égaux. (1)
- b)Deux motifs occupent 8 divisions : 8 × 1 = 8 ms, donc T = 8 ÷ 2 = 4 ms. Sur plusieurs motifs, l’erreur de lecture se partage : la mesure est plus précise. (1)
- c)T = 4 ms = 0,004 s ; f = 1 ÷ 0,004 = 250 Hz. Ce son est audible : 250 Hz est compris entre 20 Hz et 20 000 Hz. (1)
- d)250 vibrations par seconde × 0,2 s = 50 vibrations. (1)
Méthode — Divisions × durée de balayage sur plusieurs motifs, ÷ nombre de motifs, période en secondes, puis f = 1 ÷ T.
Exercice 2 – Deux notes à comparer ★★
(4 pts)- a)A : ses motifs sont plus serrés (une période sur 2,5 divisions contre 5), sa période est plus courte, donc sa fréquence plus grande. (1)
- b)B : ses crêtes montent à 3 divisions contre 2 pour A ; son amplitude est plus grande. (1)
- c)A : T = 2,5 × 1 = 2,5 ms = 0,002 5 s, f = 1 ÷ 0,002 5 = 400 Hz. B : T = 5 ms = 0,005 s, f = 1 ÷ 0,005 = 200 Hz. La fréquence de A est le double de celle de B : A est une octave au-dessus. (1)
- d)Il faut augmenter l’amplitude de A jusqu’à 3 divisions, comme B, en gardant sa période de 2,5 divisions (2,5 ms) : même note, plus forte. (1)
Le point clé — Hauteur ↔ période (largeur d’un motif) ; intensité ↔ amplitude (hauteur des crêtes) ; octave = fréquence doublée.
Exercice 3 – Une ride sur le lac ★★
(4 pts)- a)Oui : une perturbation se propage à la surface de l’eau, un milieu matériel. La feuille monte et redescend, puis reste à sa place : l’onde transporte de l’énergie, pas de matière. (1)
- b)v = d ÷ t = 8 ÷ 5 = 1,6 m/s. (1)
- c)Une onde sonore, qui se propage dans l’air : l’air y est tour à tour comprimé et dilaté, sans se déplacer jusqu’au pêcheur. (1)
- d)Il convertit les variations de pression de l’eau en une tension électrique ; l’oscilloscope montre cette tension au cours du temps : c’est l’oscillogramme du son. (1)
Le point clé — Une onde mécanique : une perturbation, un milieu matériel, de l’énergie transportée, pas de matière.
Exercice 4 – Ce que l’oreille n’entend pas ★★★
(4 pts)- a)Volcan : 1 ÷ 0,125 = 8 Hz. Oiseau : 0,16 ms = 0,000 16 s, 1 ÷ 0,000 16 = 6 250 Hz. Dauphin : 8 µs = 0,000 008 s, 1 ÷ 0,000 008 = 125 000 Hz. Sifflet : 32 µs = 0,000 032 s, 1 ÷ 0,000 032 = 31 250 Hz. (1)
- b)Volcan : 0,125 s = 125 ms, plus de 50 ms, infrason. Oiseau : 0,16 ms, entre 50 µs et 50 ms, son audible. Dauphin : 8 µs, moins de 50 µs, ultrason. Sifflet : 32 µs, moins de 50 µs, ultrason. (1)
- c)Le sifflet : 31 250 Hz est un ultrason pour nous, mais reste sous les 45 000 Hz que perçoit le chien. Le clic du dauphin, à 125 000 Hz, est trop aigu pour lui aussi. (1)
- d)1 020 km = 1 020 000 m ; t = d ÷ v = 1 020 000 ÷ 340 = 3 000 s, soit 3 000 ÷ 60 = 50 min. (1)
Le point clé — Période de plus de 50 ms : infrason ; de moins de 50 µs : ultrason ; ils se propagent comme les sons audibles.
Exercice 5 – Le robot qui évite les murs ★★★
(4 pts)- a)Non : 40 kHz = 40 000 Hz, plus que 20 000 Hz, c’est un ultrason. Avantages : il ne gêne personne dans la maison, et sa fréquence élevée permet de repérer des obstacles assez petits. (1)
- b)L’écho commence 5 divisions après la salve : Δt = 5 × 2 = 10 ms = 0,01 s. (1)
- c)Aller-retour : 340 × 0,01 = 3,4 m ; distance : d = 3,4 ÷ 2 = 1,7 m. (1)
- d)Aller-retour : 2 × 0,34 = 0,68 m ; Δt = 0,68 ÷ 340 = 0,002 s = 2 ms, soit 2 ÷ 2 = 1 division. (1)
Le point clé — Δt = divisions × durée de balayage = durée de l’aller-retour ; d = v × Δt ÷ 2.
Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).
Ce contrôle de physique 3ᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Son : fréquence, infrasons et ultrasons » : 5 exercices, 55 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.
- Exercice 1 — La note du clavier ★★/ 4 pts
- Exercice 2 — Deux notes à comparer ★★/ 4 pts
- Exercice 3 — Une ride sur le lac ★★/ 4 pts
- Exercice 4 — Ce que l’oreille n’entend pas ★★★/ 4 pts
- Exercice 5 — Le robot qui évite les murs ★★★/ 4 pts
Notions évaluées
Onde mécanique, perturbation, milieu matériel, énergie, compression, dilatation, pression, microphone, oscilloscope, oscillogramme, signal périodique, motif, période T, fréquence f, hertz, kilohertz, mégahertz, milliseconde, microseconde, f = 1 ÷ T, T = 1 ÷ f, durée de balayage, division, hauteur, son grave, son aigu, intensité, amplitude, octave, célérité, domaine audible, infrason, ultrason, 20 Hz, 20 000 Hz, 50 ms, 50 µs, salve, émetteur, récepteur, écho, aller-retour, Δt, d = v × Δt ÷ 2, sonar, capteur de recul, échographie, gel, résolution, pénétration.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours et la fiche de révision.
- Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
- Se tester avec le QCM (36 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 55 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 « Son : fréquence, infrasons et ultrasons » ?
- 55 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 55 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 de troisième ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Son : fréquence, infrasons et ultrasons » du programme officiel de physique en troisième, soit : onde mécanique, perturbation qui se propage dans un milieu matériel, énergie transportée sans transport de matière, compressions et dilatations de l’air, microphone et oscilloscope ; signal périodique, période T, fréquence f en hertz, f = 1 ÷ T, lecture d’un oscillogramme sur plusieurs motifs, conversions ms, µs, kHz, MHz ; hauteur liée à la fréquence, intensité liée à l’amplitude, octave, célérité indépendante de la fréquence ; domaine audible, infrasons et ultrasons, seuils de 50 ms et 50 µs, audition des animaux ; écho d’une salve d’ultrasons, durée de l’aller-retour lue à l’oscilloscope, d = v × Δt ÷ 2, sonar, capteur de recul, échographie et choix de la fréquence.
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
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