TS Physique Ondes sonores Exercice résolu - Enoncé

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TS
Physique
Ondes sonores
Exercice résolu
- Enoncé On réalise le montage suivant :
Micro n°1
Micro n°2
Voie A
Masse
Voie B
Masse
M1
M2
Le haut-parleur est relié à un GBF qui délivre une tension sinusoïdale. Les deux microphones sont
reliés aux voies A et B d’un oscilloscope :
- coefficient de sensibilité horizontale : kH = 0,50 ms.div-1
- coefficient de sensibilité verticale sur les 2 voies : kV = 1,0 V.div-1
On obtient les oscillogrammes ci-contre :
Remarque : pour faciliter la lecture, les deux
courbes ont été décalées par rapport à l’axe médian.
1. Attribuez les deux signaux (haut et bas) aux micros
n°1 et n°2. Justifiez votre réponse.
2. Déterminez les période et fréquence des deux
signaux. Le son émis est-il audible par l’oreille humaine ?
Justifiez votre réponse.
3. Calculez le retard temporel  entre les signaux reçus en M1 et M2.
4. En admettant que la célérité du son est v = 340 m.s-1, quelle est la distance minimum d entre
M1 etM2 ?
5. En supposant que la distance d précédente est la distance réelle entre les 2 micros, on éloigne
un peu le micro n°2 pour obtenir, sur l’écran de l’oscilloscope, deux courbes en phase. Soit M’2 la
nouvelle position de ce micro.
a) Quel est le retard temporel ’ entre les signaux reçus par les deux microphones ?
b) Calculez la distance d’ séparant alors M1 etM’2 ? A quelle grandeur physique peut-on associer
cette distance ? Justifiez votre réponse.
6. La fréquence de la tension délivrée par le GBF est divisée par deux. Calculez la longueur d’onde
de l’onde sonore émise par le haut-parleur.
Ondes sonores
Production : I.Akdime – JC.Bertrand – M.Moppert
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- Corrigé 1. Le signal du haut correspond au micro n°1 et le signal du bas au micro n°2 : l’amplitude du signal
du bas est plus faible car il y a eu amortissement lors de la propagation du son de M1 à M2.
2. La période est donnée par :T = kH.ℓ (avec
ℓ : largeur du signal de base),
soit T = 0,50 x 4,0 = 2,0 ms
La fréquence f est donnée par : f =
soit f =
1
(avec T en s),
T
1
= 5,0 x 102 Hz
2,0  10 3
Ce son est audible car sa fréquence se situe dans la bande passante de l’oreille humaine (20 Hz à
2,0 x 104 Hz).
3. Sur l’oscillogramme, on constate que le retard correspond à n = 1,0 div.
Le retard s’exprime par  = kH.n soit = 0,50 x 1,0 = 5,0 x 10-1 ms
4. La distance minimum d entre M1 et M2 s’exprime par d = v. (c’est la distance parcourue par
l’onde sonore pendant la durée ),
soit : d = 340 x 5,0 x 10-4 = 1,7 x 10-1 m
5. a) M1 et M’2 sont deux points du milieu de propagation qui vibrent en phase. Le retard ’ entre
les signaux reçus par les deux micros est donc un multiple entier de la période T : ’ = k.T (k
  *). Comme M1 et M’2 sont deux points successifs qui vibrent en phase, k = 1 et ’ = T soit ’ =
2,0 ms.
b) d’ = v.T soit d’ = 340 x 2,0 x 10-3 = 6,8 x 10-1 m
d’ est la distance qui sépare deux points successifs du milieu de propagation qui sont dans le
même état vibratoire : c’est la longueur d’onde .
6.  = v.T =
f
v
v
v
. Si f’ =
=> ’ =
=2
=> ’ = 2 
f
2
f'
f
soit ’ = 2 x 6,8 x 10-1 ≈ 1,4 m
Ondes sonores
Production : I.Akdime – JC.Bertrand – M.Moppert