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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Modélisation des transformations acide-base
Ch. 2
Analyse physique d'un système chimique
Ch. 3
Méthode de suivi d'un titrage
Ch. 4
Évolution temporelle d'une transformation chimique
Ch. 5
Évolution temporelle d'une transformation nucléaire
BAC
Thème 1
Ch. 6
Évolution spontanée d'un système chimique
Ch. 7
Équilibres acide-base
Ch. 8
Transformations chimiques forcées
Ch. 9
Structure et optimisation en chimie organique
Ch. 10
Stratégies de synthèse
BAC
Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Description d'un mouvement
Ch. 12
Mouvement dans un champ uniforme
Ch. 13
Mouvement dans un champ de gravitation
Ch. 14
Modélisation de l'écoulement d'un fluide
BAC
Thème 2
3. Conversions et transferts d'énergie
Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 17
Propagation des ondes
Ch. 18
Interférences et diffraction
Ch. 19
Lunette astronomique
Ch. 20
Effet photoélectrique et enjeux énergétiques
Ch. 21
Évolutions temporelles dans un circuit capacitif
BAC
Thème 4
Annexes
Ch. 22
Méthode
Chapitre 17
Exercices
Pour s'échauffer - Pour commencer
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| Pour s'échauffer | Pour commencer | Différenciation | Pour s'entraîner | |
|---|---|---|---|---|
| Savoir exploiter l'expression donnant le niveau d'intensité sonore d'un signal | ||||
| Savoir illustrer l'atténuation géométrique et l'atténuation par absorption | ||||
| Savoir interpréter une manifestation de l'effet Doppler | ||||
| Savoir exploiter l'expression du décalage Doppler |
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Pour s'échauffer
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5Unités de surface
Effectuer les conversions suivantes :
a. 260 cm2 en m2.
b. 5{,}3 mm2 en m2.
c. 4{,}7 \times 10^{-2} m2en cm2.
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6Puissance sonore
1. Calculer l'intensité sonore d'un son dont la puissance
sur le tympan, de surface 60 mm2, est de 3{,}6 \times 10^{-9} W.
2. Calculer la puissance sonore de ce même son sur une surface de 30 cm2.
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7Sifflet maritime
Les navires de plus de 200 m de long doivent disposer d'un sifflet donnant un niveau sonore d'au moins 143 dB mesuré à 1 m.Calculer l'intensité sonore.
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8Isolation phonique
La laine de verre est un matériau utilisé pour l'isolation
thermique et phonique des bâtiments. Une épaisseur de
50 mm de laine de verre permet d'avoir une atténuation
d'environ -39 dB.Préciser par combien l'intensité sonore est alors divisée.
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9Seuil de la douleur
Lorsque l'intensité sonore atteint environ 2 W·m-2, la sensation auditive devient douloureuse.
Calculer le niveau d'intensité sonore correspondant.
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10Klaxon
Un automobiliste démarre en klaxonnant.
Décrire l'évolution de la perception sonore
d'une auditrice restée sur le trottoir.
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11Signal de recul
Un camion recule à 15 km·h-1. Son signal de recul émet à 1{,}14 kHz. La vitesse du son dans l'air est v_\text{son} = 340 m·s‑1.
Calculer la fréquence reçue par un piéton placé derrière, puis devant le camion.
Calculer la fréquence reçue par un piéton placé derrière, puis devant le camion.
Donnée
- Expression du décalage Doppler en approche : f_{\mathrm{rec}}=\frac{f_{\mathrm{em}} \cdot v_{\mathrm{son}}}{v_{\mathrm{son}}-v}
- Doppler en éloignement : f_{\mathrm{rec}}=\frac{f_{\mathrm{em}} \cdot v_{\mathrm{son}}}{v_{\mathrm{son}}+v}
- Intensité sonore de référence : I_{0}=10^{-12} W·m-2
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Pour commencer
Intensité sonore
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12Alarme incendie
✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours
L'intensité sonore d'une alarme incendie à 1{,}0 m de distance est de 3{,}16 \times 10^{-2}
W·m-2. On suppose, pour simplifier, qu'elle émet de façon isotrope (identiquement dans
toutes les directions) dans une demi-sphère.
Calculer la puissance sonore de cette alarme.
Données
- Surface d'une demi-sphère de rayon R : S = 2 \pi \cdot R^2
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13Niveau d'intensité sonore
✔ REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques
1. Compléter le tableau ci-après.
| Bruit | Ronronnement de chat | Conversation | Rue bruyante | Avion au décollage |
| I (W·m-2) | | 3{,}2 \times 10^{-7} | | 100 |
| L (dB) | 25 | | 80 | |
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14Seuil de danger
✔ REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques
On estime qu'une exposition prolongée à un son de plus
de 90 dB peut entraîner des séquelles sur l'audition.
1. Calculer l'intensité sonore I_\text{danger} correspondante.
2. En déduire la puissance P_\text{danger} reçue par le tympan sachant que sa surface est de 60 mm2.
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15Sonar et radar
✔ VAL : Analyser des résultats
Un navire utilise un sonar pour cartographier le fond marin. Le signal est émis en surface avec une intensité de 0{,}7 mW·m-2. Lorsqu'il atteint le fond, à 1\ 700 m de profondeur, son intensité est de 0{,}6 mW·m-2.
1. Calculer l'atténuation A correspondante en (dB).
2. En déduire le coefficient linéaire d'atténuation \alpha en (dB·m-1) de l'eau pour cette onde.
2. En déduire le coefficient linéaire d'atténuation \alpha en (dB·m-1) de l'eau pour cette onde.
3. Calculer la distance au bout de laquelle une onde radar subit la même atténuation. Commenter.
Donnée
- Coefficient linéaire d'atténuation des ondes radar dans l'eau de mer : \alpha = -6 dB·cm-1
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16 Guitare électrique
✔ REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques
Le système d'amplification d'une guitare électrique permet un gain de +60 dB. Cette même guitare électrique, non branchée, fournit à 1 m une intensité sonore de 1{,}6 \times 10^{-7} W·m-2.
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1. Calculer le rapport
entre les intensités sonores avec et sans amplification.
2. Calculer son intensité, puis son niveau sonores à 1 m après amplification.
3. Calculer le niveau et l'intensité sonores à 5 m, sachant que cela correspond à une atténuation A = -14 dB.
2. Calculer son intensité, puis son niveau sonores à 1 m après amplification.
3. Calculer le niveau et l'intensité sonores à 5 m, sachant que cela correspond à une atténuation A = -14 dB.
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ACrescendo
✔ REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques
Lors d'un concert, une violoniste commence à jouer seule, puis d'autres violons s'ajoutent progressivement. On suppose que les violons sont tous à la même distance de l'auditeur et qu'un violon seul donne une intensité sonore de 1{,}6 \times 10^{-4} W·m-2
Lors d'un concert, une violoniste commence à jouer seule, puis d'autres violons s'ajoutent progressivement. On suppose que les violons sont tous à la même distance de l'auditeur et qu'un violon seul donne une intensité sonore de 1{,}6 \times 10^{-4} W·m-2
1. Calculer le niveau d'intensité sonore ressenti par l'auditeur pour un, deux puis douze violons.
2. Calculer le nombre de violons qui jouent lorsque le niveau d'intensité sonore est de 95 dB.
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Effet Doppler
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17Corne de brume
✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours
Un navire approche du port à une vitesse v = 8{,}00 nd, exprimée en nœud, par un temps agité. Il active sa corne de brume qui émet un son de fréquence f = 140 Hz.
1. Préciser s'il s'agit d'un son grave ou aigu.
2. Calculer la fréquence perçue sur le port.
Données
- Vitesse du son dans l'air : v_{\mathrm{son}}=340 m·s-1
- Conversion d'unité : 1 km·h-1 = 0{,}54 nd
- Expression du décalage Doppler en approche : f_{\mathrm{rec}}=\frac{f_{\mathrm{em}} \cdot v_{\mathrm{son}}}{v_{\mathrm{son}}-v}
- Expression du décalage Doppler en éloignement : f_{\mathrm{rec}}=\frac{f_{\mathrm{em}} \cdot v_{\mathrm{son}}}{v_{\mathrm{son}}+v}
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18Mesure de la vitesse d'un hélicoptère
✔ VAL : Analyser des résultats
Un hélicoptère émet un son de fréquence f_{\mathrm{0}} = 810 Hz. Un observateur immobile au sol entend un son de fréquence f_{\mathrm{1}} = 1{,}0 kHz.
1. Préciser en le justifiant si l'hélicoptère s'approche ou s'éloigne.
2. Calculer la vitesse de l'hélicoptère.
3. Calculer la fréquence f_{\mathrm{2}} qui serait entendue si l'hélicoptère allait dans la direction opposée.
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19Chant du loup
✔ REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques
Un navire de guerre immobile à la surface utilise un sonar émettant à une fréquence f_{\mathrm{em}} = 30 kHz pour sonder l'océan. Un sous-marin se déplaçant horizontalement réfléchit cette onde vers le sonar. L'axe sonar/sous-marin fait un angle θ = 70° avec l'horizontale. Le sonar détecte un décalage de fréquence \Delta{f} = 175 Hz entre l'onde émise et l'onde reçue.
1. Exprimer le décalage en fréquence \Delta{f} = f_{\mathrm{rec}}
- f_{\mathrm{em}} en
fonction de la fréquence f_{\mathrm{em}}, la vitesse v du sousmarin et la vitesse du son dans l'eau v_{\mathrm{son}}.
2. . Calculer la vitesse v du sous-marin.
2. . Calculer la vitesse v du sous-marin.
Doc.
Schéma de la situation
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Données
- Expression du décalage Doppler dans cette situation : f_{\mathrm{rec}}=f_{\mathrm{em}} \cdot\left(1+\frac{2 v \cdot \cos (\theta)}{v_{\mathrm{son}}}\right)
- Vitesse du son dans l'eau : v_{\mathrm{son}}=1{,}5 \times 10^{3} m·s-1
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Effet Doppler-Fizeau
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20Top Gun
✔ RAI/ANA : Communiquer sur les étapes de résolution
Un avion de chasse se déplaçant à v_\text{1} = 312 m·s-1 est suivi par un autre avion allant à v_\text{2} = 294 m·s-1. Les deux avions utilisent un radar émettant à une fréquence de 15 GHz.
Calculer la différence des fréquences |\Delta{f}| mesurées par les deux radars à bord des avions.
Données
- Expression du décalage en fréquence Doppler-Fizeau : |\Delta f|=f_{\mathrm{em}} \cdot \frac{v_{1}-v_{2}}{c}
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21Lidar
✔ REA : Appliquer une formule
Le lidar est une technologie similaire au radar, mais utilisant des ondes du spectre visible ou infrarouge. Un lidar émettant à une longueur d'onde de 1{,}55 µm détecte une longueur d'onde plus élevée de 2{,}3 \times 10^{-15} m.
1. Préciser si l'objet s'éloigne ou se rapproche.
2. Calculer la vitesse v de l'objet sondé.
Données
- Décalage en longueur d'onde dans ce cas : \Delta \lambda=2 \lambda_{\mathrm{em}} \cdot \frac{v}{c}
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22Vitesse d'éloignement d'une galaxie
✔ APP : Extraire l'information utile
En analysant le spectre de la lumière d'une galaxie, on observe que la raie Ha de l'hydrogène est à 683 nm, alors que la même raie, mesurée sur Terre, se situe à 656 nm. La vitesse d'éloignement v d'une galaxie est donnée par :
v = H_\text{0} \cdot D
v : la vitesse d'éloignement (m·s-1)
H_0 : la constante de Hubble (m·s-1 ·a.l.-1)
D : la distance de la galaxie (a.l.)
H_0 : la constante de Hubble (m·s-1 ·a.l.-1)
D : la distance de la galaxie (a.l.)
1. Justifier que cette galaxie s'éloigne de nous.
2. Calculer la vitesse à laquelle cette galaxie s'éloigne.
3. En déduire à quelle distance elle se trouve en annéelumière (a.l.).
2. Calculer la vitesse à laquelle cette galaxie s'éloigne.
3. En déduire à quelle distance elle se trouve en annéelumière (a.l.).
Données
- Décalage en longueur d'onde Doppler-Fizeau : \Delta \lambda=\frac{v}{c} \cdot \lambda_{\mathrm{em}}
- Constante de Hubble : H_{0}=2{,}3 \times 10^{-2} m·s-1·a.l.-1
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Retrouvez des photos du et découvrez le représentant la vitesse d'éloignement des galaxies en fonction de la distance.
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Une notion, trois exercicesDifférenciation
Savoir-faire : Savoir exploiter l'expression donnant le niveau d'intensité sonore d'un signal
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Doc. 1Atténuation d'une source isotrope
| Distance d (km) | 1 | 2 | 5 | 10 |
| Atténuation A par rapport à une distance de 1 m (dB) | -60 | -66 | -74 | -80 |
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Doc. 2Atténuation d'une source isotrope
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- Intensité sonore de référence : I_{0} = 10^{-12} W·m-2
- Vitesse du son dans l'air : v_\text{son} = 340 m·s -1
- Expression de la dilution sphérique : I=\frac{P}{4 \pi \cdot d^{2}}
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Le cor des Alpes est un instrument fait d'un long tube de bois recourbé à son extrémité.
Un berger joue une note de longueur d'onde \lambda = 6{,}8 m. À 1{,}0 m de distance, l'intensité sonore est I = 1{,}0 \times 10^{-2} W·m-2.
Un berger joue une note de longueur d'onde \lambda = 6{,}8 m. À 1{,}0 m de distance, l'intensité sonore est I = 1{,}0 \times 10^{-2} W·m-2.
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23Cor des Alpes (1)
✔ APP : Faire des prévisions à l'aide d'un modèle
À l'aide du , calculer le niveau d'intensité sonore à 5 km du berger.
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24Cor des Alpes (2)
✔ APP : Faire des prévisions à l'aide d'un modèle
Calculer le niveau d'intensité sonore à 8 km du berger.
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25Cor des Alpes (3)
✔ APP : Faire des prévisions à l'aide d'un modèle
Pourra-t-on entendre le cor à 12 km du berger ?
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j'ai une idée !
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YolèneÉmilieJean-PaulFatimaSarah