Physique 6ᵉ
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Signaux et information
Signaux lumineux, sonores, numériques pour transmettre une information
À propos de cette page
Ces problèmes corrigés sur « Signaux et information » en sixième permettent d'appliquer le cours à des situations concrètes en physique. Ils suivent le programme officiel de sixième et se résolvent étape par étape. Au programme : Qu'est-ce qu'un signal ?, Les signaux lumineux, Les signaux sonores et leur propagation, La vitesse du son, comparée à la lumière. Cherche au brouillon, saisis ta réponse puis clique sur « Vérifier » pour te corriger. Idéal pour développer le raisonnement, la rigueur et la confiance avant une évaluation. Problèmes gratuits proposés par un professeur particulier à Marseille pour progresser en physique en sixième.
Résous chaque problème, écris ta réponse puis clique sur « Vérifier ». Pose tes calculs au brouillon.
Facile
Pb. 1Identifie le type de signal décrit dans chaque situation.
Un maître-nageur utilise un sifflet pour donner un signal aux baigneurs. Quel type de signal envoie-t-il ?
Le sifflet produit une vibration de l'air.Un bateau de pêche utilise un sonar : il envoie un son dans l'eau et écoute l'écho renvoyé par le fond. Quel type de signal utilise-t-il ?
Le son se propage très bien dans l'eau, ce qui rend le sonar efficace.Un plongeur ne peut pas parler sous l'eau mais peut entendre des sons. Le son se propage-t-il dans l'eau ?
L'eau est un milieu matériel qui permet la propagation du son.Deux astronautes en scaphandre, dans le vide spatial, ne peuvent pas s'entendre parler directement, même très proches l'un de l'autre. Pourquoi ?
Le son a besoin d'un milieu matériel (air, eau, solide) pour se propager ; dans le vide spatial, il n'y a pas de matière, donc le son ne peut pas se propager.C'est pour cela qu'ils communiquent par radio.Voir le corrigé
- sonore — Le sifflet produit une vibration de l'air.
- sonore — Le son se propage très bien dans l'eau, ce qui rend le sonar efficace.
- oui — L'eau est un milieu matériel qui permet la propagation du son.
- Réponse libre — exemple : Le son a besoin d'un milieu matériel (air, eau, solide) pour se propager ; dans le vide spatial, il n'y a pas de matière, donc le son ne peut pas se propager. — C'est pour cela qu'ils communiquent par radio.
Pb. 2Identifie le type de signal décrit dans chaque situation.
Un élève filme un feu d'artifice de loin. Il voit l'explosion lumineuse avant d'entendre le bruit. Pourquoi ?
Parce que la lumière se propage beaucoup plus vite que le son ; l'image de l'explosion nous parvient donc avant le bruit.C'est le même principe que l'orage (éclair avant tonnerre).Une photo argentique (sur pellicule) capture une image avec une infinité de nuances de couleurs possibles. Est-ce un signal analogique ou numérique ?
Les valeurs varient de façon continue.Une photo numérique, elle, est composée de pixels ayant chacun un nombre précis de valeurs possibles. Est-ce un signal analogique ou numérique ?
Chaque pixel prend une valeur discrète.Un signal vocal transmis par un vieux téléphone à fil transporte la voix sous forme de variations électriques continues. Quel type de signal est-ce ?
La variation est continue, sans valeurs fixes.Voir le corrigé
- Réponse libre — exemple : Parce que la lumière se propage beaucoup plus vite que le son ; l'image de l'explosion nous parvient donc avant le bruit. — C'est le même principe que l'orage (éclair avant tonnerre).
- analogique — Les valeurs varient de façon continue.
- numérique — Chaque pixel prend une valeur discrète.
- analogique — La variation est continue, sans valeurs fixes.
Moyen
Pb. 3Ces problèmes portent sur la propagation et la vitesse du son et de la lumière.
Un enfant tape sur une table en bois. Un camarade colle son oreille contre la table à l'autre bout et l'entend distinctement, alors qu'il entend à peine le même bruit en écoutant dans l'air à la même distance. Que peut-on en conclure sur la propagation du son dans le bois par rapport à l'air ?
Le son se propage mieux (et généralement plus vite) dans un solide comme le bois que dans l'air.Les solides transmettent souvent mieux le son que l'air.Lors d'un orage, un observateur compte 6 secondes entre l'éclair (vu) et le tonnerre (entendu). Que peut-on en conclure sur la distance qui le sépare de l'orage ?
L'orage n'est pas très proche : plus le délai entre l'éclair et le tonnerre est long, plus l'orage est loin, car le son (bien plus lent que la lumière) met plus de temps à parcourir une grande distance.Le délai grandit avec la distance à parcourir par le son.Pourquoi ne peut-on pas utiliser le son pour communiquer entre deux satellites situés dans l'espace ?
Parce que l'espace est un vide, et le son a besoin d'un milieu matériel pour se propager ; on utilise donc des signaux lumineux ou radio (qui se propagent aussi dans le vide) pour communiquer entre satellites.Aucune matière ne peut vibrer dans le vide.Deux plongeurs communiquent en frappant sur leurs bouteilles métalliques plutôt qu'en criant. Pourquoi ce choix est-il efficace pour se faire entendre de loin sous l'eau ?
Le son se propage bien, et rapidement, dans les milieux denses comme le métal et l'eau, ce qui permet au signal de porter plus loin que la voix seule.Les milieux denses transmettent efficacement le son.Voir le corrigé
- Réponse libre — exemple : Le son se propage mieux (et généralement plus vite) dans un solide comme le bois que dans l'air. — Les solides transmettent souvent mieux le son que l'air.
- Réponse libre — exemple : L'orage n'est pas très proche : plus le délai entre l'éclair et le tonnerre est long, plus l'orage est loin, car le son (bien plus lent que la lumière) met plus de temps à parcourir une grande distance. — Le délai grandit avec la distance à parcourir par le son.
- Réponse libre — exemple : Parce que l'espace est un vide, et le son a besoin d'un milieu matériel pour se propager ; on utilise donc des signaux lumineux ou radio (qui se propagent aussi dans le vide) pour communiquer entre satellites. — Aucune matière ne peut vibrer dans le vide.
- Réponse libre — exemple : Le son se propage bien, et rapidement, dans les milieux denses comme le métal et l'eau, ce qui permet au signal de porter plus loin que la voix seule. — Les milieux denses transmettent efficacement le son.
Pb. 4Ces problèmes portent sur les signaux analogiques, numériques et la chaîne de transmission.
Un signal transporté par un câble ne prend que deux valeurs possibles, notées 0 et 1. De quel type de signal s'agit-il ?
Deux valeurs précises = codage numérique.Un signal transporté par une onde radio ancienne (radio FM analogique) varie continûment, sans valeurs fixes. De quel type de signal s'agit-il ?
La variation continue est la signature de l'analogique.Dans la chaîne de transmission d'un appel téléphonique, qui joue le rôle de l'émetteur : la personne qui parle ou celle qui écoute ?
L'émetteur produit et envoie le signal.Toujours dans cet appel téléphonique, quel est le support de transmission utilisé si l'appel passe par un réseau de fibre optique ?
C'est le chemin emprunté par le signal.Voir le corrigé
- numérique — Deux valeurs précises = codage numérique.
- analogique — La variation continue est la signature de l'analogique.
- celle qui parle — L'émetteur produit et envoie le signal.
- la fibre optique — C'est le chemin emprunté par le signal.
Difficile
Pb. 5Ces problèmes demandent un raisonnement en plusieurs étapes.
Un signal lumineux parcourt une fibre optique de 3000 km à une vitesse proche de 200 000 km/s (plus lente que dans le vide, à cause du matériau). Combien de temps met approximativement ce signal pour parcourir la fibre, en secondes ?
durée = distance ÷ vitesse = 3000 ÷ 200 000.Un signal sonore et un signal lumineux sont émis exactement au même instant, à 1 km de distance d'un récepteur. Lequel des deux arrive en premier au récepteur ? Justifie sans calcul détaillé.
Le signal lumineux arrive en premier, car la lumière se propage des centaines de milliers de fois plus vite que le son.La différence de vitesse est considérable, même sur une courte distance.Un ingénieur choisit de coder un message important sous forme de signal numérique plutôt qu'analogique pour le transmettre sur une longue distance bruitée (parasitée). Explique en quoi ce choix limite les risques d'erreur.
Un signal numérique ne prend que quelques valeurs bien définies (0 et 1) : même légèrement perturbé, on peut généralement encore reconnaître la bonne valeur, alors qu'un signal analogique, qui varie continûment, voit son information directement altérée par la moindre perturbation.C'est l'un des grands avantages du numérique sur l'analogique.Une navette spatiale communique avec la Terre par ondes radio (qui, comme la lumière, se propagent dans le vide) plutôt que par signal sonore. Explique pourquoi le choix du signal sonore serait impossible ici.
Le son ne peut pas se propager dans le vide spatial car il a besoin d'un milieu matériel pour vibrer ; les ondes radio, elles, se propagent sans problème dans le vide, comme la lumière.C'est la même raison que pour la lumière et le vide spatial.Voir le corrigé
- 0,015 — durée = distance ÷ vitesse = 3000 ÷ 200 000.
- Réponse libre — exemple : Le signal lumineux arrive en premier, car la lumière se propage des centaines de milliers de fois plus vite que le son. — La différence de vitesse est considérable, même sur une courte distance.
- Réponse libre — exemple : Un signal numérique ne prend que quelques valeurs bien définies (0 et 1) : même légèrement perturbé, on peut généralement encore reconnaître la bonne valeur, alors qu'un signal analogique, qui varie continûment, voit son information directement altérée par la moindre perturbation. — C'est l'un des grands avantages du numérique sur l'analogique.
- Réponse libre — exemple : Le son ne peut pas se propager dans le vide spatial car il a besoin d'un milieu matériel pour vibrer ; les ondes radio, elles, se propagent sans problème dans le vide, comme la lumière. — C'est la même raison que pour la lumière et le vide spatial.
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