Rappels de 6e (signal sonore, émetteur, canal, récepteur) ; un son naît d’une vibration qui se transmet de proche en proche ; le son a besoin d’un milieu matériel et ne traverse pas le vide ; vitesse du son dans l’air, l’eau et l’acier ; calculer une distance ou une durée (orage, écho, sondeur) ; fréquence, sons graves et aigus, infrasons et ultrasons ; niveau sonore en décibels et protection de l’audition.
À propos de cette page
Six problèmes sur le son : la musique sous l’eau d’un ballet de natation artistique, un orage dont Lila compte les secondes, le sondeur d’un bateau de pêche, le diapason de 512 Hz d’une médecin, un chantier de pieux mesuré au sonomètre et l’expérience historique de Colladon et Sturm sur le lac Léman en 1826.
6 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».
Résoudre un problème : la méthode
Je lis tout l’énoncé et je repère la source, le milieu traversé et le récepteur.
Je relève les données avec leurs unités : distance (m), durée (s), vitesse (m/s), fréquence (Hz), niveau (dB).
Je choisis la relation : d = v × t, t = d ÷ v ou v = d ÷ t ; pour un écho, je divise le trajet par 2.
Je calcule en convertissant si besoin (1 kHz = 1 000 Hz, 1 km = 1 000 m).
Je conclus avec le mot exact du cours (infrason, ultrason, seuil de risque…) et l’unité.
Problème 1 · Musique sous l’eau★★★Facile
Pendant un ballet de natation artistique, la musique est diffusée par des haut-parleurs hors de l’eau et par des haut-parleurs fixés sous l’eau, pour que les nageuses l’entendent même la tête immergée. Le bassin mesure 30 m de long ; dans l’eau, le son va à 1 500 m/s.
1. Dans un haut-parleur sous l’eau, la partie qui vibre est la .
Comme dans tout haut-parleur, la membrane vibre.
2. Sous l’eau, le son se propage dans un .
L’eau est un liquide : un milieu matériel.
3. Durée mise par le son pour traverser le bassin sous l’eau (30 m) : s
s.
4. Pour le même trajet de 30 m, le son met plus de temps dans l’ que dans l’eau.
Dans l’air (340 m/s), il va moins vite que dans l’eau.
Problème 2 · Lila compte les secondes★★★Facile
Pendant un orage, Lila compte 15 secondes entre un éclair et le coup de tonnerre. Le son va à 340 m/s dans l’air ; la lumière arrive presque instantanément.
1. Distance de l’orage : m
m.
2. En kilomètres : km
km.
3. Avec la règle « 3 secondes par kilomètre », on trouve environ km.
km : la règle donne un bon ordre de grandeur.
4. Au coup suivant, Lila compte 6 s : l’orage est maintenant à m.
m.
5. L’orage s’est donc de Lila.
De 5 100 m à 2 040 m : l’orage s’est rapproché.
Problème 3 · Le sondeur du bateau de pêche★★★Moyen
Le sondeur d’un bateau de pêche émet sous la coque un son de fréquence 200 kHz, qui se réfléchit sur le fond de la mer et revient. L’écho revient au bout de 0,12 s. Dans l’eau de mer, le son va à 1 500 m/s.
1. 200 kHz = Hz
Hz.
2. Ce son est un : l’équipage ne l’entend pas.
200 000 Hz, plus que 20 000 Hz : ultrason.
3. Distance totale parcourue par le son : m
m, aller et retour.
4. Profondeur sous le bateau : m
m.
5. Plus au large, l’écho revient au bout de 0,3 s : la profondeur est alors de m.
m ; m.
Problème 4 · Le diapason de la médecin★★★Moyen
Pour tester l’audition d’un patient, une médecin frappe un diapason, puis pose le pied du diapason contre l’os situé derrière l’oreille. Un appareil enregistre 1 536 vibrations des branches en 3 s.
1. Fréquence du diapason : Hz
vibrations par seconde : 512 Hz.
2. Le la des musiciens a une fréquence de 440 Hz : comparé à ce la, le son du diapason de la médecin est plus .
512 Hz > 440 Hz : le son du diapason est plus aigu.
3. Le son arrive à l’oreille interne en traversant l’os du crâne, un milieu .
L’os est un solide : il transmet le son.
4. En 0,5 s, les branches font vibrations.
vibrations.
Problème 5 · Le chantier des pieux★★★Difficile
Sur un chantier, une machine enfonce des pieux dans le sol à grands coups de masse. Un sonomètre relève 101 dB près de la machine, 93 dB derrière la clôture du chantier et 79 dB à un arrêt de bus, à 119 m de la machine. Le son va à 340 m/s dans l’air. Seuil de risque : 85 dB.
1. Baisse du niveau sonore entre la machine et l’arrêt de bus : dB
dB.
2. Nombre d’emplacements où le niveau dépasse le seuil de risque :
101 dB et 93 dB dépassent 85 dB : 2 emplacements.
3. Durée mise par le son pour aller de la machine à l’arrêt de bus : s
s.
4. À l’arrêt de bus, Lucas voit la masse frapper le pieu d’entendre le choc.
La lumière arrive presque instantanément, le son 0,35 s plus tard : il voit le coup avant.
5. Maya passe le long de la clôture ; pour baisser le niveau reçu sans protection, elle doit s’ de la machine.
Le niveau diminue avec la distance : elle doit s’éloigner.
Problème 6 · Le son dans le lac Léman (1826)★★★Difficile
En 1826, Daniel Colladon et Charles Sturm mesurent la vitesse du son dans l’eau du lac Léman. Près de Rolle, une cloche plongée dans l’eau est frappée ; au même instant, de la poudre s’enflamme et produit un éclair. À 13 487 m de là, près de Thonon, un observateur voit l’éclair, puis entend la cloche dans un cornet plongé dans l’eau, en moyenne 9,4 s plus tard.
1. Le son de la cloche a traversé un : l’eau du lac.
L’eau est un liquide.
2. On néglige la durée du trajet de l’éclair, car la va beaucoup plus vite que le son.
La lumière (300 000 km/s) arrive presque instantanément.
3. Vitesse du son dans l’eau du lac, arrondie à l’unité : m/s
m/s.
4. Dans l’air (340 m/s), le son aurait mis, arrondi à l’unité, environ s.
s, soit environ 40 s.
5. Le son va donc environ fois plus vite dans l’eau que dans l’air (arrondi à l’unité).
: environ 4 fois plus vite.
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