Exercices

alors le son devient de plus en plus grave, au point de devenir un ultrason.

alors le son devient de plus en plus grave, au point de devenir un infrason.

alors le son devient de plus en plus aigu, au point de devenir un ultrason.

alors le son risque de ne plus être audible à partir d'une certaine fréquence.

En juillet 2015, la sonde New Horizons s'est approchée de Pluton, située alors à 4,86 milliards de kilomètres de la Terre. La sonde est équipée, entre autres : d'une caméra infrarouge pour étudier la composition du sol plutonien ; d'un appareil permettant d'analyser les ultraviolets émis par la planète naine. Son antenne radio parabolique a permis d'envoyer vers la Terre la photographie ci-dessous de Pluton et de recevoir des instructions.

1. Liste les récepteurs de signaux électromagnétiques utilisés par la sonde. Précise pour chacun le type de signal reçu.

2. Explique rapidement pourquoi la sonde ne comporte pas de capteurs sonores ou ultrasonores.

3. Calcule la durée de propagation en heures et en minutes d'un signal radio entre la sonde et la Terre.

Le robot Spirit a parcouru le sol et l'atmosphère de Mars de 2004 à 2010. Parmi les appareils qui le composaient, il y avait une caméra infrarouge, un analyseur de rayons gamma et un détecteur de rayons X pour analyser le sol martien. Les informations étaient envoyées vers la Terre, à cent millions de kilomètres.

1. Donne les différents récepteurs de signaux électromagnétiques qu'utilise le robot. Précise pour chacun le type de signal reçu.

2. Aurait-il pu enregistrer des sons pendant son voyage ? Explique ta réponse.

3. Calcule la durée de propagation d'un signal radio entre Mars et la Terre.

Éric a recherché certaines informations sur les dauphins et leurs communications sonores. Voici ses notes :


1. Retrouve les erreurs qu'a commises Éric et corrige-les.

Le tableau suivant présente les domaines des sons audibles pour différentes espèces animales en fonction de la fréquence.

✔︎ Compétence : Comprendre et interpréter des tableaux ou des documents graphiques

Le diagramme suivant présente les gammes de fréquence des signaux lumineux visibles pour les hommes et ceux perçus par les abeilles. Pour les abeilles, il s'agit d'une hypothèse.


1. Les abeilles sont-elles capables de percevoir les infrarouges selon cette hypothèse ? Explique ta réponse.

On a mesuré différentes fréquences de signaux électromagnétiques.

1. Quels signaux ont leur fréquence écrite en notation scientifique ?

2. Écris en notation scientifique la fréquence des autres signaux.

3. Classe les signaux par fréquence décroissante.

1. SPHERE peut-il enregistrer des sons provenant de ces disques protoplanétaires ? Justifie ta réponse.

2. Calcule la distance en km entre ce disque protoplanétaire et le système solaire.

Les sondes Voyager 1 et 2 ont été lancées en 1997. Elles sont en train d'atteindre les limites de notre système solaire. Les signaux radio envoyés par la sonde Voyager 1 mettent 15 h pour parvenir à la Terre. La sonde Voyager 2 est située à 13,5 milliards de kilomètres de nous.


1. Calcule la distance en km qui nous sépare de la sonde Voyager 1.

2. Calcule la durée en h mise par un signal radio de Voyager 2 pour atteindre la Terre.

3. La sonde Voyager 2 continue sa route selon un mouvement rectiligne uniforme, à la vitesse de 15,5 km/s. Elle croisera la route de l'étoile Ross 248 de la constellation d'Andromède dans 40 000 ans. Calcule la distance entre la Terre et l'étoile Ross 248 en km.

4. Exprime le résultat en années-lumière.

✔︎ Compétence : Identifier différentes échelles spatiales

Après avoir pris l'ascenseur, Marc reçoit une notification de message et constate qu'il a raté un appel, sans comprendre pourquoi. Chez lui, sa sœur explique : « C'est normal que tu aies raté cet appel puisque l'ascenseur est entièrement fait de parois métalliques ».

1. Quelle hypothèse sur la propagation des ondes radio semble faire la sœur de Marc ?

2. Quelle expérience permettrait de tester cette hypothèse chez toi, avec comme téléphones un portable et un autre fixe et du matériel provenant par exemple de la cuisine ?

3. Réalise cette expérience avec l'accord de l'un de tes parents. Quelle conclusion peux-tu faire ?

Lors d'une endoscopie, on insère deux tubes de fibre optique dans l'abdomen du patient pour observer les organes : le premier transmet de la lumière visible entre une source lumineuse et l'intérieur de l'abdomen. Le second capte la lumière à l'intérieur de l'abdomen et la transmet à une caméra. Celle-ci diffuse alors une image des organes, image nécessaire au diagnostic du médecin.

1. Pourquoi faut-il une fibre optique qui apporte de la lumière visible dans l'abdomen ?

2. Décris le trajet de la lumière depuis la source lumineuse jusqu'au récepteur.

Inspirés de la vision infrarouge des serpents, les thermographes sont des appareils qui permettent de repérer les infrarouges émis. L'appareil indique en rouge les zones où l'émission d'infrarouges est forte, et en bleu les zones de moindre émission. La thermographie est utilisée dans l'analyse de l'isolation thermique des maisons. L' image 1 présente deux bâtiments différemment isolés.

1. Lors de la constitution des thermographies de l'image 1, précise quel était le récepteur et l'émetteur d'infrarouges.

2. Quel bâtiment te semble le mieux isolé thermiquement ? Justifie ta réponse.

3. Par quel endroit l'énergie thermique s'échappe-t-elle du bâtiment le mieux isolé thermiquement ?

4. Justifie à l'aide de l'image 2 qu'il est important de connaitre l'heure à laquelle la thermographie a été réalisée et d'avoir également une image en lumière visible du bâtiment.

Tous les serpents détectent les infrarouges. Pas avec leurs yeux cependant, puisque même masqués les serpents parviennent à détecter leur proie. Leurs détecteurs d'infrarouges se logent dans de petites fossettes situées entre les narines et les yeux. Les animaux à « sang chaud » transfèrent une partie de leur énergie thermique à l'environnement en rayonnant à une fréquence de 33 000 GHz, la fréquence d'infrarouge que les fossettes des serpents détectent le mieux.

Les fibres optiques sont des filaments cylindriques en silice d'environ 150 μm de diamètre qui acheminent des signaux lumineux. Elles sont très utilisées dans les domaines des télécommunications. Ainsi, 12 315 km de fibres optiques ont été déposés au fond de l'océan Atlantique entre les États-Unis et la France en 2002, pour augmenter le débit de la liaison internet entre ces deux pays. Ce débit est désormais de 80 Go/s. Note : 1 μm = 0,000 001 m. Vitesse de la lumière dans la silice : 200 000 km/s.

Le tableau ci-dessous présente les fréquences des notes de musique que les cordes d'une guitare jouent à vide. Deux octaves sont balayées : du mi de l'octave 2 au mi de l'octave 4. Une octave est l'intervalle séparant deux sons ayant des fréquences doubles l'une de l'autre.

1. Quelle est la note la plus aiguë qui peut être jouée en corde libre ? Donne la valeur de sa fréquence en Hz à l'aide de la notation scientifique.

2. Le sol joué par la corde 3 appartient-il à la première ou à la deuxième octave de la guitare ?

3. Indique les domaines de fréquence de chaque octave des cordes de la guitare.

La sonde New Horizons a été lancée le 19 janvier 2006. Elle a frôlé la planète Jupiter début 2007, mais sa trajectoire peut être considérée comme rectiligne. La sonde a transmis des images de la planète naine Pluton le 14 juillet 2015 à l'aide d'ondes radio qui ont mis 5 h pour atteindre la Terre, malgré leur vitesse de 300 000 km/s.

1. Après avoir trouvé à quelle distance de la Terre se situe la sonde, calcule la vitesse moyenne de New Horizons en km/s.

1. Une puce RFID est-elle un émetteur ou un récepteur radio ?

2. Convertis en Hz chacune des fréquences.

3. Donne en notation scientifique la valeur de ces fréquences en Hz.

4. Classe les différentes utilisations de puces RFID selon leur fréquence croissante.

5. Selon toi, quelles informations peuvent contenir une puce RFID implantée sous la peau d'un animal de compagnie ?

1. Donne, à partir de tes connaissances personnelles, une utilisation non-médicale des rayons X.

2. Parmi les fréquences présentes dans l'énoncé, l'une d'elles n'est pas en notation scientifique. Laquelle ? Donne sa valeur à l'aide de la notation scientifique.

3. L'image suivante montre une des premières radiographies réalisées par Röntgen. Explique pourquoi la bague apparaît sombre sur la radio.

4. D'après cette image, que peux-tu dire sur la masse volumique des os par rapport à la masse volumique des muscles ou de la peau ? Justifie ta réponse.

5. Grâce au tableau ci-dessus, explique la mesure de protection mise en place pour protéger les radiologues des rayons X.

6. D'après le tableau, peut-on être radiographié avec des vêtements en coton ?

Les rayons gamma sont des rayonnements électromagnétiques dont la fréquence est au-delà de celle des rayons X, c'est-à-dire que leur fréquence est supérieure à 3,00 x 1019 Hz. Ils sont extrêmement dangereux pour nos organes car ils peuvent provoquer des brûlures, ou des cancers. Ils sont émis par des substances radioactives, par des trous noirs ou lors d'explosion d'étoiles (supernova). Heureusement notre atmosphère absorbent les rayons gamma venus de l'espace. Sinon, il faut une couche de 6,6 cm de plomb (on parle d'un blindage en plomb) pour arrêter 99 % des rayons gamma.

1. Parmi les signaux électromagnétiques du tableau, lesquelles appartiennent à la catégorie des rayons gamma ?

2. L'observation des rayons gamma provenant des trous noirs est-elle possible directement sur le sol terrestre ? Justifie ta réponse.

3. Quels seraient les risques pour des astronautes résidant dans la station spatiale internationale si celle-ci n'était pas blindée ?

La lumière ultraviolette émise par le Soleil est dangereuse. 95 % de cette lumière qui atteint le sol terrestre est constituée d'UV A (fréquence comprise entre 750 x 1012 Hz et 952 x 1012 Hz) qui favorisent le bronzage immédiat mais aussi le vieillissement de la peau et certains cancers de la peau. Ils sont aussi nocifs pour les yeux des enfants. Les UV B dont la fréquence varie entre 952 x 1012 Hz et 1015 Hz sont très cancérigènes. Ils sont aussi responsables des coups de soleil. On peut se protéger des UV B en utilisant une crème solaire d'indice de protection 50, parfois appelé « écran total ». Attention, l'indice 50 signifie qu'il faudra par exemple 50 fois plus de temps pour attraper un coup de soleil qu'en n'ayant aucune protection. Enfin les UV C, (entre 1015 Hz et 3,0 x 1015 Hz), encore plus dangereux, sont arrêtés par la couche d'ozone de la haute atmosphère.

Pour tester la qualité de pièces métalliques, on utilise un contrôle par ultrasons : un émetteur envoie un signal dans le métal. S'il rencontre une interface entre deux milieux de propagation différents, le signal est réfléchi puis capté par un récepteur. L'écran d'un oscilloscope permet de visualiser les signaux reçus. On teste deux pièces de métal identiques.


1. La pièce n°1 est conforme. Comment interpréter l'oscillogramme de la pièce n°2 ?