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Les ONDES SONORES - Physique Appliquée

III.5) Mesure de vitesse de propagation du son et longueur d'onde ... de longueur d'onde sont dans le même état de vibration; on dit qu'ils vibrent en phase. .... La courbe du seuil d'audibilité donne le niveau sonore à partir duquel le sujet entend. .... Exprimé sous la forme d'un coefficient global ? w il est compris entre 0  ...




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Les ONDES SONORES

Capacités exigibles
Compétences
1Rechercher, extraire et organiser l’information utile,2Réaliser, manipuler, mesurer, calculer, appliquer des consignes3Présenter la démarche suivie, les résultats obtenus, communiquer à l’aide d’un langage adapté4Raisonner, argumenter, pratiquer une démarche expérimentale ou technologique, démontrer,Capacités
Thème : Habitat
Sous-Thème : Gestion de l’énergie dans l’habitat
Notions et Contenus : 9. Ondes sonores et ultrasonores ; propagation.
H.9.392Définir et mesurer quelques grandeurs physiques associées à une onde sonore ou ultrasonore : pression acoustique, amplitude, période, fréquence, célérité, longueur d'onde. Activité expérimentale Ex :1-2-3-4-11-13-14-16-20-24-25-26H.9.401Énoncer qu'un milieu matériel est nécessaire à la propagation d'une onde sonore. Ex : 5H.9.411Donner l'ordre de grandeur de la célérité du son dans quelques milieux : air, liquide, solide.. Ex : 15Notions et Contenus : 10. Puissance et intensité sonore ; niveau. Transmission, absorption, réflexion.
H.10.421Citer les deux grandeurs influençant la perception sensorielle : l'intensité et la fréquence d'un son Ex :12-18-23H.10.431Citer les seuils de perception de l'oreille humaine Ex : 7-12-18-22-23H.10.443Définir et mesurer le niveau sonore. Citer l'unité correspondante : le décibel (dB). Activité expérimentale Ex : 6-8-9-17-18-19-24-25-26H.10.453Mettre en évidence expérimentalement les phénomènes de réflexion, de transmission ou d'absorption d'un son ou d'un ultrason pour différents matériaux Activité expérimentale et documentaire Ex 10-21-22-26-27Introduction
Les ondes sonores sont celles qui nous sont les plus familières, tantôt graves, tantôt aigues, mélodiques ou dissonantes parfois faibles comme un souffle et parfois fortes au point d’être nuisibles. Par l’entremise de nos gouts et notre oreille qui en est le capteur, ces qualificatifs subjectifs. Nous allons tenter de préciser quelques unes des grandeurs physiques associées.
Expériences sur les ondes sonores et ultrasonores
Propagation d’une vibration
On considère une corde horizontale ayant une extrémité fixe.
Sur l’autre extrémité, on donne un coup sec vers le haut. La corde se déforme. On constate que cette déformation se propage le long de la corde. Cette déformation constitue un signal (ou une information) ; il n’y a pas de déplacement de matière. Il est transversal car il est perpendiculaire à la corde qui matérialise la direction de propagation.
La vitesse de déplacement le long de la corde ne dépend pas du signal. EMBED Word.Picture.8 Réveil sous une cloche à vide
Vidéo
Le son a besoin d’un milieu matériel pour se propager
Caractéristique d’une onde sonore
Un instrument de musique joue une note, enregistrée par un micro analysé par Audacity
 INCLUDEPICTURE "http://charles.dicaro.free.fr/clarinette/Analyse-spectrale2.JPG" \* MERGEFORMATINET 
Relevé du chronogramme, du spectre.
Comparer avec la flute, le diapason

Mesure
Emetteur ajoute diverses fréquences sur un haut parleur, essayer de se rapprocher du spectre des instruments précédents
Mesure de vitesse de propagation du son et longueur d’onde
L’objectif de cette expérience est de déterminer différentes caractéristiques d’ondes ultrasonores périodiques : période spatiale et temporelle, fréquence et célérité.
Les ultrasons sont des ondes de même type que les ondes sonores, c’est-à-dire des ondes de compression, tridimensionnelles et longitudinales. Elles sont plus agréables à utiliser dans le cadre d’un TP car inaudibles pour l’oreille humaine (f > 20 kHz). Pour les détecter, on utilise des récepteurs qui convertissent les variations de la pression de l’air en tension, envoyée sur une ou plusieurs voies de l’oscilloscope.
Le générateur d’ultrasons dont vous disposez peut fonctionner selon deux modes :
- un mode continu : une onde de fréquence donnée est émise de manière continue,
- un mode « salve » : une onde de fréquence donnée est émise pendant un court instant et ceci de façon périodique ((100 ms de «silence» et (10 ms d’ultrasons….).
 EMBED Word.Picture.8 
 EMBED Word.Picture.8 

Pour mesurer la vitesse de propagation il faut envoyer des salves et regarder à l’oscilloscope le temps de propagation mis par l’onde pour parcourir la distance séparant les deux récepteurs.

Pour mesurer la longueur d’onde :
- On règle le GBF sur une fréquence de 40 kHz et une amplitude de 10 V. On utilisera un signal de forme sinusoïdale. Ensuite on branche directement le GBF sur l’émetteur d’ultrasons (Bleu).
- On place de nouveau les deux récepteurs A et B en face de l’émetteur, de façon a ce que les deux signaux soient exactement superposables.
- On mesure la période (T) du phénomène en s et en déduire sa fréquence (f) en Hz (f =  EMBED Equation.3 ).
- L’émetteur étant fixé, lorsqu’on éloigne le récepteur B de A dans la direction émetteur-récepteurs, les deux sinusoïdes se décalent. Sans tenir compte de l’amplitude qui décroît pour le récepteur B, les deux courbes se superposent à chaque fois que la distance récepteur A - récepteur B est un multiple entier de la période spatiale ou longueur d’onde (() des ultrasons dans l’air.
Deux points séparés par un nombre entier de longueur d'onde sont dans le même état de vibration; on dit qu'ils vibrent en phase. Ici les points M1, M2 et M3 vibrent en phase, ils sont séparés par une longueur d'onde;
 INCLUDEPICTURE "http://physique.paris.iufm.fr/lumiere/images/klambda.gif" \* MERGEFORMATINET - On calcule la longueur d'onde "("
- En déduire la célérité des ultrasons dans l’air (la célérité  EMBED Equation.3 ).
- On compare avec la valeur de vitesse de l’onde dans l’air : v = 340 m.s–1.




Mesures d’intensité sonores échelle en décibel
Placer une source à un volume donné et mesurer l’intensité en dB
Placer deux sources au même volume et mesurer l’intensité en dB
Mesure de coefficients de transmission d’une onde sonore

Le haut parleur émet un son que l’on mesure au sonomètre sans obstacle : L1 (dB)
On effectue de nouveau cette mesure après avoir mis un obstacle : L2(dB)
L’atténuation A=L2-L1 est liée au coefficient de transmission par  EMBED Equation.DSMT4 
Mesurer le coefficient d’atténuation pour divers matériaux et fréquences
Caractéristiques d’une onde
Nature d’une onde sonore
Lors de la propagation d'une onde d'un point vers un autre, il n'y a pas de transport de matière (les vagues ne font pas avancer le bateau). L'onde ne transporte que de l'énergie; un point atteint par une onde reproduit l'état de la source avec une amplitude moindre et un retard du à la durée nécessaire à l'onde pour parcourir la distance qui le sépare de la source.
Il faut savoir que : les ondes sonores ne se propagent pas dans le vide, les ondes lumineuses ne se propagent pas dans les substances opaques, les rayons X se propagent dans les tissus biologiques mous mais pas dans les os.
Une onde acoustique (son) se propage dans l’air sous forme d’une onde mécanique de pression (compression – dilatation) qui alternent périodiquement, sans transport de matière qui correspond à un transport d’énergie. INCLUDEPICTURE "https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcR3hauKb63dxIXdEaevhP_SvuPVvFpZ1KtPFPjgh9E-6GTSf6-I4w" \* MERGEFORMATINET 
Compressions (gras) et dépression ou dilatations (en clair) des couchesDescription générale d’une onde
Une onde est un ébranlement qui se propage dans un champ ou dans un milieu matériel
La propagation d'un signal nécessite :
-un signal: modification temporaire d'une propriété du milieu.
-un milieu pouvant transmettre cette modification.
Ce qui correspond à un transport d'énergie (qui peut être partiellement dissipée = amortissement ou atténuation du signal))
La propagation d'une grandeur se fait sans transport de matière.
La propagation est la transmission de proche en proche de la modification dans le milieu.
La vitesse de propagation dépend de la nature du signal et du milieu de propagation
Exemples de propagation:
SignalMilieuGrandeurDéformation d'une corde, d'un ressort, échelle de perroquet.Milieu élastique.Variation de tension, de compression ou variation de torsion.SonMilieu matériel: air (340 m/s ), eau (1493 m/s) ,; helium (965 m/s) et dans le fer ( 5950 m/s).Variation de pressionLumièreVide, air, milieux transparents.Variations du champ électromagnétiqueVitesse d’une onde
La vitesse d’une onde sonore dépend du milieu qu’elle traverse.

Période temporelle T et spatiale ( d’une onde
Relation fondamentale :
 EMBED Equation.DSMT4 c : célérité de l’onde en ms-1
lð : longueur d onde (m)
T : période (s)
( : fréquence (Hz)Un phénomène vibratoire est une onde qui possède deux périodicités.
En effet, si les signaux sont émis périodiquement de période T (s) (à laquelle correspond une pulsation ( et une fréquence  EMBED Equation.DSMT4 ), ils se propagent le long de la corde avec une vitesse c (c= vitesse ou célérité de la propagation (m/s)).
La distance entre deux déformations est alors
( = cT appelée longueur d’onde (m).
 EMBED Word.Picture.8 
 HYPERLINK "http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/cortial/bibliohtml/dblper_j.html" univ HYPERLINK "http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/cortial/bibliohtml/dblper_j.html" - HYPERLINK "http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/cortial/bibliohtml/dblper_j.html" nantes HYPERLINK "http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/cortial/bibliohtml/dblper_j.html"  double périodicité



Nathan Ex 1-2-3-13-14-15-16-20
Caractéristiques d’un son
Hauteur d’un son
C’est la sensation auditive liée à la fréquence d'un son qui fait dire que ce son est plus ou moins aigu ou grave.
La hauteur d’un son est définie par sa fréquence exprimée en hertz. Ci-dessous est reproduite la gamme de fréquences auxquelles est sensible l’oreille.
 EMBED Word.Picture.8 
Une onde sonore périodique est caractérisée par sa période T. La période est liée à la fréquence du son par la relation  EMBED Equation.DSMT4  avec T en seconde (s) et f en hertz (Hz).

Nathan Ex 5

Intensité d’un son
On appelle intensité sonore I (on dit aussi intensité acoustique), la puissance P reçue par le récepteur par unité de surface S :
 EMBED Equation.DSMT4 I exprimée en watt par mètre carré (W.m-2)P exprimée en Watt (W)S exprimée en mètre carré (m2) On a choisi une intensité de référence qui correspond à peu près à la petite intensité sonore audible (seuil d’audibilité) de l'oreille humaine pour un son de fréquence 1 000 Hz : Io = 10-12 W.m-2.

 INCLUDEPICTURE "http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f4/Champ.svg/220px-Champ.svg.png" \* MERGEFORMATINET 
Quand la distance double, cette surface quadruple. L'intensité acoustique se divise donc par quatre, en champ libre, quand la distance à la source se multiplie par deux. Le niveau d'intensité acoustique diminue de 6 dB.
Dans ces conditions de champ libre, l'intensité acoustique est proportionnelle au carré de la pression acoustique. Quand la distance à la source se multiplie par deux, la pression se divise par deux (et l'intensité acoustique, proportionnelle au carré de la pression, se divise par quatre, comme nous l'avons indiqué). Le niveau de pression acoustique diminue de 6 dB
 HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Intensit%C3%A9_acoustique" http://fr.wikipedia.org/wiki/Intensit%C3%A9_acoustique
 EMBED Equation.DSMT4  avec p la pression en Pa, (0 la masse volumique de l’air (1,2 kg.m3) et c :340 m/s
Nathan Ex 4-24-25

Le niveau sonore
Le niveau sonore L, exprimé en décibels acoustiques (dB) est défini par la relation suivante :
 EMBED Equation.DSMT4  avec IO = 10-12 W.m-2
La figure ci-dessous vous présente la correspondance entre intensité sonore et niveau sonore.
Remarque :
Le niveau sonore se mesure à l’aide d’un sonomètre.
 INCLUDEPICTURE "http://www.hellopro.fr/images/produit-2/6/5/1/sonometre-basique-cr-306-276156.jpg" \* MERGEFORMATINET  INCLUDEPICTURE "http://www.pos.fr/documentation/images/niveau_sonore/barometre.gif" \* MERGEFORMATINET 

Sensibilité de l’oreille humaine
- La sensibilité de l'oreille varie en fonction de la fréquence du son : deux sons de même intensité sonore mais de fréquences différentes seront perçus différemment.
- La sensibilité auditive d'une personne en fonction de la fréquence sonore est représentée graphiquement par un audiogramme ci-contre :
- La courbe du seuil d'audibilité donne le niveau sonore à partir duquel le sujet entend. Pour une audition sans défaut, la sensibilité de l'oreille est maximale au voisinage de 4 kHz. Un son est alors perçu pour une intensité sonore supérieure à 10-12 W.m-2 en moyenne, soit pour un niveau sonore de 0 dB.
- Le domaine des fréquences audibles se situe entre 20 Hz et 20 kHz.
-Le niveau sonore du seuil de douleur est de 120 dBA environ. Il dépend assez peu de la fréquence.
- Ce diagramme est une moyenne. Il montre que la sensibilité de d'oreille est maximale entre 1000 et 5000Hz. Les limites évoluent d'un sujet à l'autre et pour un même individu en fonction de l'âge ou des maladies et accidents.
 INCLUDEPICTURE "http://f5zv.pagesperso-orange.fr/RADIO/RM/RM11/Rm11a01a.gif" \* MERGEFORMATINET 

Fréquence
Niveau Audibilité
Niveau douleur

A
10
inaudible
inaudible

B
100
40
123

C
300
15
121

D
1000
0
120

E
2000
-5
115

F
10000
9
120

G
40000
inaudible
Inaudible



Niveau
Audible/Pas

H
100
20
Audible

I
100
45
Inaudible

J
5000
-1
Audible

K
10000
3
Inaudible

L
10000
15
Audible

M
5000
120
Douloureux

N
100
120
Audible

O
10000
130
Douloureux

P
30000
130
Inaudible









Nathan Ex 6-7-8-9-11-18-19-23-26

Transmission –réflexion-absorption d’une onde sonore
Lorsqu’un son incident arrive sur une paroi, une partie de l’énergie acoustique est transmise. L’énergie non transmise est absorbée ou réfléchie.
Lors de la réflexion d’une onde sonore sur une paroi, l’angle d’incidence i est égal à l’angle de réflexion r (loi de Descartes).
On peut définir les coefficients correspondants :
Coefficient de réflexion :  EMBED Equation.DSMT4 
Coefficient d’absorption :  EMBED Equation.DSMT4 
Coefficient de transmission :  EMBED Equation.DSMT4 
 EMBED Word.Picture.8 Comme dans le système l’énergie se conserve :
 EMBED Equation.DSMT4 

Certains matériaux (moquette, mousse, polystyrène) absorbent les sons (a proche de 0,8) et diminuent les effets de la réflexion et de la transmission des ondes sonores.
Ces coefficients dépendent en général de la fréquence des ondes acoustiques et du matériau qui constitue la paroi.
Souvent l’atténuation phonique des matériaux est donnée en dB
En effet l’intensité incidente possède un niveau sonore  EMBED Equation.DSMT4 
L’intensité réfléchie est telle que  EMBED Equation.DSMT4  donc  EMBED Equation.DSMT4 
Donc l’atténuation est
 EMBED Equation.DSMT4 
Ou  EMBED Equation.DSMT4 

Exemple :
Coefficient de transmission t pour du simple vitrage (8 mm) : 8 x 10-4.
Coefficient de transmission t pour du double vitrage (4 mm - 6 mm – 4 mm) : 3 x 10-4.


Nathan Ex 10-12-17-21-22-27

Données techniques
Réglementation
Nouveau cadre de mesure préconisé
 HYPERLINK "http://www2.logement.gouv.fr/publi/accesbat/doc_pdf/acoustique.pdf" http://www2.logement.gouv.fr/publi/accesbat/doc_pdf/acoustique.pdf

Les indices des matériaux
Les propriétés isolantes des matériaux de construction et d’isolation sont exprimées par des indices de performance exprimés en dB. Ces indices, mesurés en laboratoire, caractérisent la performance des éléments de construction à affaiblir les sons :
pour les  HYPERLINK "http://www.toutsurlisolation.com/Lexique/Bruits-aeriens" \t "_self" bruits aériens, c’est l’indice d’affaiblissement acoustique Rw exprimé en dB. Plus Rw est important, meilleure est la performance d’affaiblissement du matériau.
pour les  HYPERLINK "http://www.toutsurlisolation.com/Lexique/Bruits-d-impact-bruit-de-choc" \t "_self" bruits de choc ou bruits d impact, c est l indice d efficacité aux bruits de choc ” Lw exprimé en dB.
en matière de  HYPERLINK "http://www.toutsurlisolation.com/Lexique/Correction-acoustique" \t "_self" correction acoustique, c est le pouvoir absorbant du matériau qui est mesuré. Exprimé sous la forme d un coefficient global ± w il est compris entre 0 (réflexion totale : le matériau n est pas indiqué pour assurer la correction acoustique du local) et 1 (absorption totale : le matériau peut contribuer efficacement à la correction acoustique du local). Plus le coefficient ± w est proche de 1, meilleure est l absorption et d autant la correction acoustique du local.

Isolant phonique
 INCLUDEPICTURE "http://www.castorama.fr/images/products/h/h_950125.jpg" \* MERGEFORMATINET Isolant laine de verre ép.28 mm.
·ð Panneau roulé semi-rigide en laine de verre teintée noire, revêtu d'un voile confort. S'intègre au système Optima Sonic (isolation acoustique mince des murs, cloisons et des plafonds).
·ð Dimensions d'un rouleau : L.13,5 x larg.1,2 m. Epaisseur : 28 mm.
·ð Surface couverte : 16,2 m².
·ð Affaiblissement acoustique : 21 dB sur une cloison en carreaux de plâtre d'épaisseur 7 cm. 11 dB sous plancher béton. 20 dB sur un mur en brique enduit d'épaisseur 10 cm.
Vitrage Isolant phonique
La capacité du vitrage à réduire le bruit est classée par le label Cekal AR (Acoustique Renforcée) ou le label Acotherm : Ac1, Ac2, Ac3 ou Ac4
Un vitrage AR 1 réduit le niveau sonore de 25 à 28 décibels, un vitrage AR3 le réduit de 31 à 32 décibels.




Exercices : Les ONDES SONORES


ChapitreTitreCapacitéCompétence4 – Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 1 p 60 : H.9.39.
Enoncé
Un émetteur ultrasonore, placé dans l'air, est alimenté par une tension périodique de fréquence f = 1 MHz.
Q' a) la période des ultrasons émis est égale à 1 ms
Q' b) la vitesse de propagation de cette onde vaut 340 m.s-1
Q' c) les ultrasons se propagent en déplaçant des couches d'air
Solution
Rappel Préfixes : k(kilo) :103 M(Méga) :106 G(Giga) :109 T(tera) :1012
m(milli) :10-3 µ(micro) :10-6 n(nano) :10-9 p(pico) :10-12
La période des ultrasons est de  EMBED Equation.DSMT4 
b) effectivement dans l’air le son se propage à 340 m.s-1
Le son est une variation de la pression et non un déplacement de l’air

ChapitreTitreCapacitéCompétence4 – Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 2 p 60 : H.9.39.
Enoncé
Un son de fréquence f = 440 Hz se propage dans l'air puis dans l'eau.
Q' a) sa célérité augmente
Q' b) sa fréquence reste identique
Q' c) sa longueur d'onde diminueSolution
a) Comme le milieu devient plus dense la vitesse du son augmente
b) La fréquence ne change pas, c est sa longueur d onde qui change
Comme  EMBED Equation.DSMT4 , T ne change pas, v augmente donc ( augmente

ChapitreTitreCapacitéCompétence4  Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 3 p 60 : H.9.39.
Enoncé
La note Do2 a une fréquence de 131 Hz, la note Do3 a une fréquence de 262 Hz.
Q' a) le Do2 correspond à un son plus aigu que le Do3
Q' b) le Do2 correspond à un son plus grave que le Do3
Q' c) la longueur d'onde associée au Do2 est plus grande que celle associée au Do3Solution
b) fDo2 TDo3
c) Comme EMBED Equation.DSMT4 , TDo2 > TDo3 donc (Do2>(Do3

ChapitreTitreCapacitéCompétence4 – Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 4 p 60 : H.9.39.
Enoncé
Dans un local équipé d'une fenêtre, un haut-parleur en fonctionnement émet des ondes sonores. Au voisinage de cette fenêtre de surface S = 2 m2, on mesure une intensité sonore I= 2,5 x 10-8 W.m-2. La puissance P reçue par la fenêtre vaut.
Q' a) 5x10-8 W
Q' b) 1,25 x 10-8 W
Q' c) 8x10-9W
Solution
a)La surface réceptrice fait 2 m² donc la puissance reçue est P=IxS=2x2,5x10-8=5x10-8 W=50 nW

ChapitreTitreCapacitéCompétence4  Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 5 p 60 : H.9.40.
Enoncé
Un haut-parleur émet une onde acoustique de fréquence 22 kHz.
Q' a) cette onde se propage dans le vide mais pas dans l'eau
Q' b) elle est perçue par l'oreille humaine
Q' c) c'est une onde ultrasonore
Solution
Le son ne se propage pas dans le vide
Au-delà de 20 kHz ce sont des ultrasons non perceptibles par l’oreille humaine
c) c’est une onde ultrasonore

ChapitreTitreCapacitéCompétence4 – Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 6 p 60 : H.10.44.
Enoncé
Les professionnels de l'isolation phonique utilisent un appareil pour mesurer les niveaux sonores.
Q' a) cet appareil s'appelle un multimètre
Q' b) l'unité utilisée est le W.m-2
Q' c) cet appareil est sensible aux variations de pression de l'air
Solution
L unité est le log d un rapport de puissance/m² :  EMBED Equation.DSMT4  avec IO = 10-12 W.m-2

c) cet appareil est sensible aux variations de pression de l'air

ChapitreTitreCapacitéCompétence4 – Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 7 p 60 : H.10.43.
Enoncé
Une source sonore émet une onde acoustique de fréquence f et de niveau sonore L. Ce son est perçu par une oreille humaine si :
Q' a) f= 100 Hz et L=20dB
Q' b) f= 1 kHz et L=1dB
Q' c) f= 25 kHz et L=50dB
Solution

Le son a) est en dessous du seuil d audibilité
b)
Le son c) est un ultrason


ChapitreTitreCapacitéCompétence4  Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 8 p 60 : H.10.44.
Enoncé
Un émetteur émet une onde acoustique d'intensité sonore I = 7,7 x 10-3 W" m-2. On mesure, à l'aide d'un sonomètre, le niveau sonore correspondant :
Q' a) L=9,9dB
Q' b) L=230dB
Q' c) L=99dB
Solution
Le seuil de sensibilité est IO= 10-12 W.m-2
 EMBED Equation.DSMT4 
Donc c)


ChapitreTitreCapacitéCompétence4 – Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 9 p 60 : H.10.44.
Enoncé
Dans un local, un technicien mesure un niveau sonore de 65 dB. L'intensité sonore correspondante vaut :
Q' a) 3,2 x 10-6 W" m-2
Q' b) 3,2 x 106 W-m-2
Q' c) 2,3 x 10-6 W-m-2
Solution
 EMBED Equation.DSMT4 
Donc  EMBED Equation.DSMT4 
Soit  EMBED Equation.DSMT4 
a)


ChapitreTitreCapacitéCompétence4  Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 10 p 60 : H.10.45
Enoncé
Une onde sonore, d'intensité I= 8,3 x 10-6 W.m-2, rencontre un mur en plaques de plâtre dont le coefficient de transmission vaut t = 1,3 x 10-4. L'intensité sonore de l'autre côté du mur vaut :
Q' a) 1,6 x 101 W.m-2
Q' b) 1,1 x 10-9 W-m-2
Q' c) 2,3 x 10-6 W.m-2
Solution
b)


ChapitreTitreCapacitéCompétence4  Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 11 p 62 : Les périodes qui s'entendent bien
H.9.39
Enoncé
1. Calculer les fréquences des ondes acoustiques de périodes suivantes :
T1= 0,25 s; T2 = 4x10-3s;
T3 = 2 s; T4 = 5,5 ms;
T5 = 6,1 x10-6 s; T6 = 55 ns.
2. Quelles sont celles qui sont audibles pour l'oreille humaine ?
Solution
Période T(s)
0.25
4.10-3
2
5.5.10-3
6.1.10-6
55.10-9

Fréquence (Hz)
4
250
0.5
182
1.6x105
1.8x107

Les fréquences f2=250 Hz et f4=182 Hz sont les seules audibles pour l’oreille


ChapitreTitreCapacitéCompétence4 – Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 12 p 62 : À vous de cocher H.10.42
Enoncé
Une source sonore, placée dans de l'eau à 20 °C, émet une onde de fréquence f = 1,0 kHz et d'intensité sonore
I = 2,5 x 10-8 W.m-2.
Q' a) la vitesse de propagation de cette onde vaut 340 m.s-1
Q' b) la longueur d'onde de ce signal sonore est pratiquement égal à 1,5 m
Q' c) cette source a un niveau sonore L = 44 dB
Q' d) à 10 m de la source, le signal sonore est affaibli de 6 dB. Un plongeur placé à cette distance n'entend pas le signal produit par cette source.Solution
Faux 1500m.s-1 dans l eau
Vrai
Vrai
faux

ChapitreTitreCapacitéCompétence4 – Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 13 p 62 : Eau, air, acierH.9.39
Enoncé
Calculer la longueur d'onde d'une onde sonore de fréquence f = 3,4 kHz dans les milieux de propagation suivants : eau (v=1500 m.s-1), air (v=340 m.s-1), acier (v=5500 m.s-1).
Solution
 EMBED Equation.DSMT4 
 EMBED Equation.DSMT4 
 EMBED Equation.DSMT4 
 EMBED Equation.DSMT4 

ChapitreTitreCapacitéCompétence4 – Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 14 p 62 : Son et longueur d'onde
H.9.39.
Enoncé
Dans l'air, calculer les longueurs d'onde qui correspondent aux bornes du domaine de fréquence des sons audibles pour l'oreille humaine.
Donnée : cair= 340 m.s-1
Solution
 EMBED Equation.DSMT4 
Les limites des fréquences audibles sont : 20 Hz à 20 kHz
 EMBED Equation.DSMT4 
 EMBED Equation.DSMT4 

ChapitreTitreCapacitéCompétence4 – Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 15p 62 : Eau de mer et ultrasons
H.9.41.
Enoncé
Pour l'exploration des fonds marins, on utilise des ondes ultrasonores de fréquence 1,0 MHz qui se propagent dans l'eau de mer. Un dispositif permet de mesurer sa longueur d'onde, on obtient la valeur suivante : ( = (1,4 ± 0,1) mm.
Calculer la plage des valeurs possibles pour la célérité de cette onde ultrasonore.
Calculer la durée mise par l'onde ultrasonore pour parcourir une distance de 50 m.
Solution
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 EMBED Equation.DSMT4 
 EMBED Equation.DSMT4 
 EMBED Equation.DSMT4  soit 33 ms
 EMBED Equation.DSMT4  soit 38,4 ms


ChapitreTitreCapacitéCompétence4 – Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 16p 62 : Sons grave et aigu
H.9.39.
Enoncé
À l'aide d'un microphone, on visualise sur l'écran d'un oscilloscope deux signaux sonores émis par deux ha ut-parleurs fonctionnant dans un laboratoire.
La base de temps de l'oscilloscope est réglée à la valeur de 0,2 ms par division.
1. Déterminer les valeurs des périodes T1 et T2 des deux signaux.
2. Calculer les fréquences correspondantes f1 et f2.
3. Indiquer quel est le son le plus grave et à quel domaine il appartient.
Solution


ChapitreTitreCapacitéCompétence4 – Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 17p 62 : À vous de cocher

H.10.44.
Enoncé
La paroi séparant une pièce de l'extérieur est constituée d'un mur de briques dont le coefficient de transmission acoustique vaut t = 4,3 x 10-3. À l'extérieur, un son d'intensité sonore l=10-6 W.m-2 est reçu par le mur de briques.
Q' a) un sonomètre, placé à l'extérieur et près du mur de briques, mesure une intensité sonore égale à 60 dB
Q' b) l'intensité sonore à l'intérieur de la pièce est égale à 4,3 x 10-6 W.m-2
Q' c) une personne à l'intérieur de la pièce n'entend pas le son venant de l'extérieur
Solution



ChapitreTitreCapacitéCompétence4 – Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 18p 62 : Intensité et niveau sonore d'un haut-parleur


H.10.43
Enoncé
Un haut-parleur émet uni onde sonore de fréquence 440 Hz et de puissant 2,5 mW.
Cette puissance est transférée à travers une surface correspondant à un disque de rayon R= 56 cm situé à une distance d du haut-parleur.
Calculer l'intensité sonore I de cette onde.
Un expérimentateur place son oreille à cette dis tance d. On suppose que le tympan de l'expérimentateur a une surface d'environ 1 cm2. Calculer l'intensité sonore Iexp perçue par l'expérimentateur.
3. Calculer le niveau sonore Lexp correspondant et en déduire si ce son est audible par l'expérimentateur.
Solution



ChapitreTitreCapacitéCompétence4 – Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 19 p 63 : Intensité et niveau sonore d'un télémètre


H.10.44
Enoncé
. Un télémètre est un dispositif qui permet de mesurer des distances. Il utilise des ultrasons de fréquence 40 kHz fournis par une pastille cylindrique de diamètre 2 cm. Un sonomètre placé à une distance d1= 10 cm de l'émetteur indique un niveau sonore de 55 dB. On suppose qu'à cette distance le faisceau ultrasonore émis est cylindrique, de même diamètre que la pastille et qu'il n'y a pas eu d'atténuation.
1. Calculer l'intensité sonore lem délivrée par l'émetteur.
2. Le générateur basse fréquence (GBF) qui alimente l'émetteur fournit une puissance de 65 mW. Calculer le rendement du dispositif.
3. On place maintenant le sonomètre à une distance d2 =2 m, il indique un niveau sonore de 43 dB. Calculer la nouvelle intensité sonore I2.
Solution


ChapitreTitreCapacitéCompétence4 – Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 20 p 63 : Éclair et tonnerre

H.9.39.
Enoncé
En regardant par la fenêtre de sa chambre, Julien voit un éclair dans le ciel. Trois secondes plus tard, il entend le bruit du tonnerre. Calculer la distance d entre la maison de Julien et l'endroit où a eu lieu le coup de tonnerre.
Données : vitesse du son dans l'air cair = 340 m.s-1' ; vitesse de la lumière dans l'air clum=3 x108m.
s-1.
Solution


ChapitreTitreCapacitéCompétence4 – Ondes sonores UltrasonoresNathan Ex 21 p 63 : Béton, rideaux ou liège, il faut choisir
H.10.45
Enoncé
Le tableau ci-dessous donne le coefficient d'absorption en fonction de la fréquence pour différents matériaux.
Une source sonore de puissance acoustique Pi= 0,3 mW émet dans un local un son de fréquence 500 Hz. On suppose que toute l'onde 345lmno¯°±²    l m w ~ ‡ “ ¸ Ò ý ÿ 


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