Ondes mécaniques

Réponse attendue : A, D, E

1. A — Vrai. Chaque portion de corde met la suivante en mouvement ; l’énergie se propage avec la perturbation.

2. B — Faux. Les points matériels oscillent localement ; la célérité caractérise le déplacement de la perturbation, pas un transport global de corde.

3. C — Faux. Une onde mécanique résulte d’interactions dans un milieu matériel ; le vide n’est pas ce milieu.

4. D — Vrai. Il oscille localement ; sa position de départ peut être retrouvée après le passage de l’impulsion. Comparer ce repère sur deux images successives sépare mouvement local et propagation.

5. E — Vrai. La perturbation locale est verticale tandis que la progression se fait horizontalement, donc les directions sont perpendiculaires.

Réponse attendue : B, D

1. A — Faux. Cette valeur caractérise la lumière dans le vide ; une onde acoustique dans l’air a une célérité beaucoup plus faible et dépend du milieu.

2. B — Vrai. La variation de position locale des particules d’air est parallèle à la progression de la compression. Compression et dilatation se déplacent ; les molécules effectuent de petits mouvements longitudinaux.

3. C — Faux. Les particules oscillent autour de leur position locale ; la perturbation se transmet de proche en proche.

4. D — Vrai. Des interactions entre molécules d’air transmettent la perturbation ; le son mécanique ne se propage pas dans le vide.

5. E — Faux. Transversal qualifie le déplacement local perpendiculaire à la propagation ; ici il est parallèle, quelle que soit l’orientation dans la pièce.

Réponse attendue : A, B, C, E

1. A — Vrai. τ = t_B − t_A = 0,55 s − 0,25 s = 0,30 s.

2. B — Vrai. Elle disparaît dans la différence des deux dates d’arrivée ; seule la durée de parcours entre A et B compte.

3. C — Vrai. Pour v constant, τ = d/v ; doubler d doublerait le retard de propagation.

4. D — Faux. La somme des dates n’est pas un temps de parcours entre capteurs ; il faut la différence 0,30 s.

5. E — Vrai. v = d/τ = 0,90 m/0,30 s = 3,0 m·s⁻¹ dans ce modèle de trajet. Les deux capteurs doivent détecter la même impulsion pour attribuer ce retard à sa propagation.

Réponse attendue : A, C, E

1. A — Vrai. v = 2D/Δt = 68,0 m/0,200 s = 340 m·s⁻¹. Le facteur deux est indispensable car le chronomètre mesure aussi le retour.

2. B — Faux. 340 m·s⁻¹ caractérise la propagation du son dans le milieu ; la paroi peut rester immobile.

3. C — Vrai. Elle atteint la paroi distante de 34,0 m puis revient : d_total = 2 × 34,0 m = 68,0 m.

4. D — Faux. Il mesure ici un aller-retour ; la période temporelle serait liée à la répétition de la source, donnée absente.

5. E — Vrai. 34,0 m/0,200 s = 170 m·s⁻¹ oublie le trajet retour de l’onde.

Réponse attendue : A, D

1. A — Vrai. 5,0 s = D(1/4,0 − 1/6,0) s·km⁻¹ = D/12 s·km⁻¹, donc D = 60 km. On écrit d'abord t_S − t_P = D/v_S − D/v_P, puis on isole D.

2. B — Faux. Les 5,0 s sont l’écart des temps de parcours ; D/vP = 10 s et D/vS = 15 s pour D = 60 km.

3. C — Faux. Une distance de trajet issue d’un modèle ne fixe pas une position unique ; plusieurs stations et un modèle de la Terre seraient nécessaires.

4. D — Vrai. Elle parcourt la même distance plus vite : 6,0 km·s⁻¹ > 4,0 km·s⁻¹.

5. E — Faux. En soustrayant les dates, la date de départ commune disparaît ; l’écart de 5,0 s suffit dans le modèle annoncé.

Réponse attendue : B, C, D, E

1. A — Faux. Il y a six espaces entre sept maxima successifs, pas sept ; diviser par sept donnerait une période trop petite.

2. B — Vrai. f = 1/T = 1/(0,080 s) = 12,5 s⁻¹ = 12,5 Hz.

3. C — Vrai. Le même intervalle total est divisé par six ; cela exploite plusieurs périodes au lieu d’un seul espace entre deux maxima.

4. D — Vrai. On soustrait les dates : 0,58 s − 0,10 s = 0,48 s.

5. E — Vrai. Sept maxima consécutifs délimitent six périodes : T = 0,48 s/6 = 0,080 s. Compter les intervalles entre maxima évite de confondre nombre d'événements et nombre de périodes.

Réponse attendue : B, E

1. A — Faux. Une élongation de corde se mesure en unité de longueur ici cm ; Hz concerne la fréquence.

2. B — Vrai. (+2,0) − (−2,0) = 4,0 cm, soit deux fois l’amplitude dans ce signal centré.

3. C — Faux. La hauteur crête-creux vaut 4,0 cm ; l’amplitude est la moitié de cette étendue autour de l’équilibre.

4. D — Faux. Le déplacement algébrique peut être négatif ; l’amplitude, distance maximale à l’équilibre, est positive.

5. E — Vrai. La distance de 0 à une extrémité +2,0 cm ou −2,0 cm est de 2,0 cm. La distance crête-creux vaut donc deux amplitudes, ici 4,0 cm.

Réponse attendue : A, B, C

1. A — Vrai. Huit écarts entre neuf crêtes : λ = 4,8 m/8 = 0,60 m. Cette photographie fournit une distance spatiale, indépendamment de la cadence de la source.

2. B — Vrai. Ici on compare des positions en m à une même date ; un graphique contre le temps aurait donné une période T en s.

3. C — Vrai. Elle correspond à la distance entre deux points successifs dans le même état de vibration au même instant.

4. D — Faux. Neuf crêtes successives délimitent huit intervalles spatiaux ; le quotient correct vaut 0,60 m.

5. E — Faux. Elle représente l’espace à un instant ; il faut une évolution temporelle ou la célérité pour obtenir T.

Réponse attendue : A

1. A — Vrai. λ exige une périodicité spatiale, absente pour cette bosse isolée. La largeur caractérise cette impulsion particulière ; aucun motif répété n'en fixe une périodicité.

2. B — Faux. 0,25 m est une longueur, pas une durée ; aucune période de répétition n’est indiquée.

3. C — Faux. Une impulsion unique suffit à constituer une onde mécanique progressive ; sinusoidalité et périodicité ne sont pas requises.

4. D — Faux. Une célérité nécessite aussi un temps de parcours ou un retard ; une largeur seule ne fixe pas une vitesse.

5. E — Faux. La bosse est une perturbation qui se propage dans la corde matérielle ; une répétition périodique n’est pas nécessaire pour être une onde progressive.

Réponse attendue : A, B, C, D

1. A — Vrai. λ = v/f = 340 m·s⁻¹/(170 s⁻¹) = 2,0 m. Le contrôle d'unité donne (m·s⁻¹)/(s⁻¹) = m, comme attendu pour λ.

2. B — Vrai. La distance parcourue en T vaut vT ; elle est égale à λ pour une onde périodique.

3. C — Vrai. T = 1/f = 1/(170 Hz) = 0,005882… s puisque Hz = s⁻¹.

4. D — Vrai. v = 340 m·s⁻¹ décrit le déplacement de la perturbation ; les particules vibrent localement autour de leurs positions.

5. E — Faux. Le produit v f porte m·s⁻² ; pour une longueur il faut diviser v par f, ce qui donne 2,0 m.

Réponse attendue : B, C

1. A — Faux. La fréquence compte deux motifs par seconde ; une période dure 1/2,0 = 0,50 s.

2. B — Vrai. La période est la durée d’un cycle pour un même point ; T = 1/f = 1/(2,0 s⁻¹) = 0,50 s, et le point retrouve alors le même état de vibration.

3. C — Vrai. λ = vT = 4,0 m·s⁻¹ × 0,50 s = 2,0 m. La relation v = λf conduit au même résultat en divisant 4,0 par 2,0.

4. D — Faux. 2,0 m est la distance de progression de la perturbation ; un point de corde oscille localement.

5. E — Faux. Une durée n’est pas une vitesse ; v est donné égal à 4,0 m·s⁻¹ et relie λ à T.

Réponse attendue : B, D, E

1. A — Faux. Une sinusoïde prend souvent la même hauteur en un point montant et un point descendant ; le sens de variation compte aussi.

2. B — Vrai. Un décalage spatial d’une longueur d’onde reproduit le même état de vibration, avec le même sens local.

3. C — Faux. λ = 0,80 m est une distance spatiale ; la période temporelle T demanderait en plus la célérité ou la fréquence.

4. D — Vrai. 1,60 m = 2λ ; deux motifs complets ramènent au même état spatial de la sinusoïde.

5. E — Vrai. 0,40 m = λ/2 : une sinusoïde y est décalée d’une demi-période spatiale. Cette opposition suppose la comparaison simultanée de deux positions du même signal.

Réponse attendue : A, C, D, E

1. A — Vrai. λ₁ = v₁/f = 2,0 m·s⁻¹/50 s⁻¹ = 0,040 m.

2. B — Faux. Ce rapport s’applique aux célérités et aux longueurs d’onde, pas à la fréquence maintenue par la source.

3. C — Vrai. La même source impose cinquante oscillations par seconde ; le changement de milieu modifie surtout la propagation.

4. D — Vrai. T = 1/f = 1/(50 Hz) = 0,020 s dans les deux milieux.

5. E — Vrai. λ₂ = v₂/f = 3,0 m·s⁻¹/50 s⁻¹ = 0,060 m ; elle augmente avec la célérité. La fréquence conservée fait varier λ dans le même rapport que v.

Réponse attendue : C, E

1. A — Faux. Amplitude et fréquence sont des caractéristiques distinctes ; aucune proportionnalité de ce type n’est donnée.

2. B — Faux. Une amplitude de déplacement porterait une unité de longueur, une amplitude de pression une unité de pression ; Hz concerne la fréquence.

3. C — Vrai. Le rythme temporel imposé par la source demeure le même tant que le milieu et la source n’introduisent pas un autre phénomène.

4. D — Faux. La célérité dépend des propriétés du milieu ; une atténuation n’interrompt pas instantanément la propagation.

5. E — Vrai. La perturbation sonore peut transporter moins d’énergie par unité de surface plus loin, sans changement automatique du rythme de la source. La diminution peut provenir de l'étalement spatial et d'absorptions dans le milieu.

Réponse attendue : A, B, D, E

1. A — Vrai. Par exemple +1,0 cm et −1,0 cm superposés produisent temporairement 0 cm au point considéré.

2. B — Vrai. Dans le modèle linéaire, l’élongation totale d’un point vaut la somme algébrique des deux contributions au même instant.

3. C — Faux. La superposition est temporaire ; elles continuent après la rencontre dans l’hypothèse formulée.

4. D — Vrai. La simple rencontre d’ondes ne garantit pas partout une addition de déplacements si le milieu sort du régime linéaire.

5. E — Vrai. Après leur croisement dans ce milieu linéaire, les impulsions continuent leur propagation respective.