Série des exercices
des ondes mécaniques progressives
SP SVT SM Biof
Exercice 1 :
La figure ci-contre représente la propagation d’une onde le long d’une corde. Elle représente l’aspect de la corde à l’instant t= 40ms. Sachant que la déformation commence à partir d’une source à l’instant t0=0s :
1- Définir une onde mécanique progressive.
2- Quelle est la nature de l’onde ? quelle est sa dimension ?
3- Déterminer à l’instant t les points qui se dirigeront vers le bas ainsi que
ceux qui se dirigeront vers le haut.
4- Calculer la célérité de la propagation de l’onde le long de la corde.
5- A quel instant s’arrête le point M, puis à quel instant l’onde arrive au
point N, tel que : SN =20 cm,
6- Calculer
le retard temporel du point B par rapport à A,
7- Représenter l’aspect de la corde à l’instant 
=2.s,
Déterminer parmi les propositions suivantes la / les relation (s) entre l’élongation du point et celle de la source S :
Exercice 2 :
Une perturbation se propage de la source le long
d’une corde avec une célérité V = 10 m/s :
1-
Cette onde est-elle longitudinale ou transversale ?
2-
Déterminer la date t de la prise de la photo
ci-contre,
3-
Déterminer la valeur du retard du point M
par rapport à la source de l’onde S,
4-
Donner la relation entre l’élongation de S et M,
Quelle est la longueur de la perturbation ? Quelle est sa durée ?
Exercice 3 :
On considère une onde se propage le long d’une corde. Le graphique ci-contre représente
la perturbation provoquée en un point M d’abscisse x1 = 5cm en
fonction du temps :
1.
A quel instant le
point M commence à se bouger ? et à quel instant s’arrête ?
2.
Déduire la durée de la perturbation provoquée
en un point M,
3.
Calculer la célérité de
la propagation de l’onde le long de la corde,
4.
Déterminer la
longueur de la perturbation,
5.
Déterminer à quel
instant le début de la perturbation arrive au point M’ d’abscisse x2=
9cm,
6. Déduire l’instant correspondra à la fin de la perturbation en M’.
Exercice 4 :
Pour déterminer la célérité de propagation d’une onde le long d’une corde,
le professeur de physique demande à l’un des élèves de produire un ébranlement
à l’une des extrémités d’une corde horizontale, et en même temps, il demande à
une élève de filmer la séquence à l’aide d’une caméra numérique réglée sur la
prise de 25 images par seconde. Une règle blanche (R) de longueur
1 m, a été placée au voisinage de la corde comme échelle de mesure. Après
traitement informatique avec un logiciel convenable, le professeur choisit
parmi les photos obtenues, les photos N°4 et N°8 (Figure ci-dessus), pour les
étudier et les exploiter. Déterminer :
1-
La durée Δt séparant
la prise des deux photos N°4 et N°8 de l’onde,
2-
La distance d
parcourue par l’onde pendant la durée Δt,
La célérité de propagation de l’onde le long de la corde.
Exercice 5 :
On place sur un banc rectiligne un émetteur E d’ondes ultrasonores, et deux
récepteurs R1 et R2. On visualise sur l’écran d’un
oscilloscope, aux entrées Y1 et Y2, les signaux reçus par
les deux récepteurs, On obtient l’oscillogramme représenté sur la figure
2 :
1-
Quel est le signal
reçu par R1
2-
?
3-
Déterminer le retard
horaire τ entre les deux signaux,
4-
Calculer Vair
la vitesse de propagation des ondes ultrasonores dans l’air,
5- Ecrire l’expression de l’élongation du point B à l’instant t, en fonction de l’élongation du point A.
Exercice 6 :
La célérité du son dans une huile végétale dépend
de sa pureté. Pour l'huile d'olive, la valeur notée vh-o se situe
entre 1 595 et 1 600 m/s quelle que soit sa provenance. Une valeur plus faible
signifie que l'huile a été diluée, lui faisant perdre de ses qualités. Pour
tester une huile d'olive, on utilise le montage ci-contre qui permet de
comparer les durées de parcours d'une onde ultrasonore dans les différents
milieux :
L'émetteur (E) d'ultrasons génère simultanément
deux salves, les récepteurs A et B sont reliés à une interface d'acquisition
qui déclenche l'enregistrement des signaux dès que le récepteur B détecte des
ultrasons. L'huile testée est disposée dans un tube en verre entre l'émetteur
et le récepteur B, tandis que l'air sépare l'émetteur du récepteur A. la
vitesse du son dans l’air est Vair=340m/s :
1. Pourquoi déclenche-t-on l'acquisition sur le récepteur
B plutôt que sur le A ?
2. La durée écoulée entre les deux signaux reçus en A et B, notée ΔtAB, est mesurée en fonction de plusieurs valeurs de longueur du tube (L). Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau suivant :
Tracer la courbe Δt AB = f(L),
1. Exprimer Δt AB en fonction de L, vair
et vh-o en exploitant les définitions de ces célérités,
L'huile semble-t-elle être pure ? Justifier.
exercice 7
Une lame vibrante en mouvement
sinusoïdal de fréquence N, fixé à l’extrémité
S d’une corde élastique SA très longue de longueur et étendue horizontalement, génère le long de
celle-ci une onde progressive périodique non amortie de célérité V. un
dispositif apprprié, placé en A, empêche toute réflexion des ondes. Le
mouvement de s débute à l’instant t=0s.
L’une de ces courbes représente
l’aspect de la corde à l’instant et l’autre représente l’élongation d’un point
M de la corde situé à la distance d de
la source :
1-
Identifier la courbe qui
représente l’aspect de la corde à l’instant
2- Déterminer la longueur d’onde et
sa période, puis calculer sa vitesse,
3- Déterminer le retard temporel du
point M par rapport à S,
4- Déduire la distance d,
5- On donne V= :
a- Vérifier l’homogénéité de cette
relation,
b- La corde est -elle un milieu
dispersif ? justifier,
c- On double la tension de la corde
sans modifier la fréquence déterminer dans ce cas la longueur d’onde .
exercice 8
La sonde, jouant le rôle d'émetteur et de récepteur, envoie une impulsion
ultrasonore de faible durée et de faible puissance en direction du crâne d'un
patient. L'onde sonore pénètre dans le crâne, s'y propage et s'y réfléchit
chaque fois qu'elle change de milieu. Les signaux réfléchis génèrent des échos
qui, au retour sur la sonde, y engendrent une tension électrique très brève. Un
oscilloscope relié à la sonde permet la détection à la fois de l'impulsion
émettrice et des divers échos.
La célérité des ultrasons dans les hémisphères Ve = 1500m.s-1 et
dans l’air Vair = 340m.s-1.
1-
Calculer la distance
séparant l’hémisphère gauche et la sonde,
2-
Quelle est la durée
du parcours de l'onde ultrasonore dans l'hémisphère gauche,
3-
Déduire la largeur L
de l'hémisphère gauche,
4- Comparer la largeur de l'hémisphère gauche avec la largeur de l’hémisphère droite.
exercice 9
On se propose de déterminer la célérité vm des ondes
ultrasonores dans une barre, métallique de longueur
L= 80 cm, et de la comparer à vair. Pour cela, il dispose un émetteur de
salves ultrasonores permettant d’émettre à la fois dans l’air et dans la barre.
Les salves émises dans l’air et dans le métal sont émises simultanément et sont
d’égale amplitude. À l’autre extrémité de la barre, il place deux récepteurs :
un dans l’air, et l’autre en contact avec le métal. Les signaux aux bornes des
deux récepteurs sont enregistrés à l’aide d’un système d’acquisition relié à un
ordinateur (schéma n°1 ci-dessous).
Il réalise l’expérience et obtient l’enregistrement donné ci-dessous (schéma n°2). Les deux signaux ont été décalés verticalement pour plus de lisibilité.
On donne Vair=340m/s
1-
Exploitation de
l’enregistrement
a-
Sur le schéma n°2,
identifier la trace n°1 et la trace n°2,
b-
Le déclenchement du
système d'acquisition (t = 0 ms en abscisse) s'est-il produit à la date
d'émission de la salve ?
c-
Mesurer la durée Dt qui sépare la
détection d’une même salve dans l’air et dans le métal,
d-
Proposer une
explication à la différence d’amplitude des deux signaux.
2-
Détermination de la
célérité des ondes ultrasonores dans le métal. On appelle respectivement tair
et tm, les durées de propagation des salves ultrasonores dans l’air
et dans le métal :
a-
Exprimer Dt en en fonction de tair
et de tm. En déduire l'expression suivante Dt= L.( - ),
b-
Donner l’expression
littérale de vm, Puis Calculer sa valeur numérique,
Proposer une explication à la nette différence des deux célérités.
