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Physique · Classe de 3ᵉ

Ondes mécaniques et son

Modélisation d'une onde, période, fréquence, célérité du son

À propos de cette page
Cette évaluation sur « Ondes mécaniques et son » en troisième permet de faire le point sur ses connaissances en physique, comme lors d'un véritable contrôle. Elle suit le programme officiel de troisième et propose plusieurs exercices notés sur 20, avec un corrigé détaillé. Au programme : Qu'est-ce qu'une onde mécanique ?, Ondes transversales et ondes longitudinales, Période et fréquence d'une onde, Célérité d'une onde. Travaille seul, chronomètre-toi, puis compare tes réponses au corrigé pour identifier les points à revoir. Parfait pour mesurer ses progrès et réviser efficacement. Évaluation gratuite conçue par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de troisième en physique.
Évaluation finale · Niveau difficile · Durée 60 min · Noté sur 20
60:00

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 — Définitions et vocabulaire

/ 4 pts
  1. Donnez la définition d'une onde mécanique. Précisez ce qu'elle transporte et ce qu'elle ne transporte pas. (1 pt)
  2. Distinguez une onde transversale d'une onde longitudinale. Donnez un exemple de chacune. (2 pts)
  3. Donnez les limites en fréquence du domaine audible pour l'être humain, puis nommez les domaines situés en dessous et au-dessus. (1 pt)

Exercice 2 — Période et fréquence

/ 4 pts
  1. Une corde vibrante effectue 120 oscillations en 3 s. Calculez sa fréquence f (en Hz). (1 pt)
  2. En déduire sa période T (en ms). (1 pt)
  3. Ce son est-il audible par un être humain ? Justifiez. (1 pt)
  4. Donnez la relation entre période et fréquence sous la forme d'une formule littérale. (1 pt)

Exercice 3 — Célérité et longueur d'onde

/ 6 pts
  1. Rappelez la formule littérale liant la longueur d'onde λ, la célérité v et la fréquence f. (1 pt)
  2. Un haut-parleur émet un son de fréquence f = 850 Hz dans l'air (v = 340 m/s). Calculez la longueur d'onde λ (en m). (2 pts)
  3. Le même son se propage ensuite dans l'eau (v = 1 480 m/s). La fréquence change-t-elle ? Calculez la nouvelle longueur d'onde (en m, arrondie au cm). (2 pts)
  4. Que peut-on conclure sur le lien entre célérité et longueur d'onde, à fréquence constante ? (1 pt)

Exercice 4 — Sonar

/ 4 pts
  1. Un sonar embarqué émet un ultrason de fréquence f = 40 kHz dans l'eau de mer (v = 1 500 m/s). L'écho est reçu après t = 0,5 s.
  2. a) Calculez la distance totale parcourue par l'ultrason (en m). (1 pt)
  3. b) En déduire la profondeur sondée (en m). (1 pt)
  4. c) Calculez la longueur d'onde λ de l'ultrason dans l'eau (en cm). (2 pts)

Exercice 5 — Qualités du son musical

/ 2 pts
  1. Un violon et un hautbois jouent simultanément la note Sol à 392 Hz avec la même intensité sonore.
  2. a) Comment s'appelle la caractéristique qui permet à l'oreille de distinguer ces deux instruments malgré la même note et la même intensité ? (1 pt)
  3. b) La note Sol est-elle plus aiguë ou plus grave que le La à 440 Hz ? Justifiez avec les fréquences. (1 pt)
✓Corrigé détaillé

Exercice 1 — Définitions et vocabulaire
1. Définition d'une onde mécanique
Une onde mécanique est une perturbation qui se propage dans un milieu matériel (solide, liquide ou gaz).
Elle transporte de l'énergie mais ne transporte pas de matière.
Exemple : les vagues transportent de l'énergie, mais l'eau reste sur place.

2. Onde transversale / onde longitudinale

  • Onde transversale : la direction de la perturbation est perpendiculaire à la direction de propagation.
    Exemple : une corde vibrante, les vagues à la surface de l'eau.
  • Onde longitudinale : la direction de la perturbation est parallèle à la direction de propagation.
    Exemple : le son dans l'air (compressions et dilatations des molécules).
3. Domaines de fréquences
Le domaine audible pour l'être humain s'étend de 20 Hz à 20 000 Hz (20 kHz).
  • En dessous (f < 20 Hz) : infrasons
  • Au-dessus (f > 20 000 Hz) : ultrasons

Exercice 2 — Période et fréquence
1. Calcul de la fréquence f
La fréquence est le nombre d'oscillations par seconde :
f = nombre d'oscillations / durée = 120 / 3 = 40 Hz

2. Calcul de la période T
La période est l'inverse de la fréquence :
T = 1 / f = 1 / 40 = 0,025 s = 25 ms

3. Ce son est-il audible ?
Le domaine audible est 20 Hz – 20 000 Hz.
f = 40 Hz est compris entre 20 Hz et 20 000 Hz.
Oui, ce son est audible par l'être humain (c'est un son grave).

4. Relation littérale entre période et fréquence
f = 1 / T   (et réciproquement : T = 1 / f)
avec f en hertz (Hz) et T en secondes (s).

Exercice 3 — Célérité et longueur d'onde
1. Formule littérale
λ = v / f   (ou λ = v × T)
avec λ en mètres (m), v en m/s, f en Hz.

2. Calcul de λ dans l'air
Données : f = 850 Hz, v = 340 m/s
λ = v / f = 340 / 850 = 0,4 m

3. Même son dans l'eau
La fréquence ne change pas : elle est imposée par la source et reste f = 850 Hz quel que soit le milieu de propagation.
Calcul de la nouvelle longueur d'onde dans l'eau (v = 1 480 m/s) :
λ = v / f = 1 480 / 850 ≈ 1,74 m

4. Conclusion
À fréquence constante, la longueur d'onde est proportionnelle à la célérité : quand la célérité augmente, la longueur d'onde augmente dans le même rapport. Ici, la célérité est multipliée par ≈ 4,35 (1 480/340) et la longueur d'onde passe de 0,4 m à 1,74 m.

Exercice 4 — Sonar
Données : f = 40 kHz = 40 000 Hz, v = 1 500 m/s, t = 0,5 s

a) Distance totale parcourue par l'ultrason
L'ultrason effectue l'aller et le retour (aller jusqu'au fond, puis retour vers le sonar).
dtotale = v × t = 1 500 × 0,5 = 750 m

b) Profondeur sondée
La distance totale correspond à l'aller-retour, donc :
profondeur = dtotale / 2 = 750 / 2 = 375 m

c) Longueur d'onde de l'ultrason dans l'eau
λ = v / f = 1 500 / 40 000 = 0,0375 m = 3,75 cm
Vérification des unités : v en m/s, f en Hz → λ en mètres, puis conversion en cm (× 100).

Exercice 5 — Qualités du son musical
Données : violon et hautbois jouent Sol à 392 Hz, même intensité sonore.

a) Caractéristique qui distingue les deux instruments
La caractéristique qui permet à l'oreille de distinguer deux sons de même hauteur (même fréquence) et de même intensité est le timbre.
Le timbre est lié à la forme du signal sonore (présence et proportion des harmoniques), propre à chaque instrument.

b) Sol (392 Hz) comparé au La (440 Hz)
392 Hz < 440 Hz : la fréquence du Sol est inférieure à celle du La.
Plus la fréquence est basse, plus le son est grave.
La note Sol (392 Hz) est plus grave que le La (440 Hz).

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