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Sujet Brevet 1 : guidé
15 min
Le supervolcan de Toba
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Compétences
✔ Distinguer une source primaire d'un objet diffusant.
✔ Relier la distance parcourue par un son à la durée de sa propagation.
✔ Distinguer les sons audibles des infrasons et des ultrasons.
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Introduction
Il y a environ 73 000 ans, l'éruption du supervolcan de Toba en Indonésie a mené l'humanité au bord de l'extinction. Les 2 800 km3 de cendres et autres produits volcaniques ont drastiquement fait baisser la température sur Terre. À titre de comparaison, les 10 km3 de cendres crachées par le Pinatubo dans les années 1990 ont entraîné une chute de 0,6 °C sur l'ensemble du globe.
L'étude par échographie de la structure du supervolcan de Toba permet aux chercheurs d'éventuellement anticiper ces super-éruptions qui seraient dramatiques pour notre civilisation. Dans cette étude, quarante sismomètres ont enregistré le bruit de fond du vent et des vagues.
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Questions
1. Les sismomètres ont enregistré des vibrations de l'ordre de 4 Hz. Préciser si les humains peuvent entendre une onde acoustique de même fréquence.
Aide
Le domaine audible s'étend de 20 Hz à 20 kHz.
2. Dans la roche du volcan, les vibrations parcourent en moyenne 250 m en 0,042 s. Vérifier que la vitesse moyenne de ces vibrations est d'environ 6 000 m/s.
Aide
Utiliser la formule reliant la vitesse v d'un objet parcourant la distance d pendant la durée t.
3. Dans la lave, les vibrations se déplacent à environ 2 000 m/s. Comparer avec le résultat de la question 2.
Aide
La vitesse de propagation est plus importante dans la roche solide que dans la lave. On peut préciser combien de fois.
4. La lave d'un volcan est considérée comme une source primaire de lumière. Expliquer cette expression.
Aide
Bien que la lave ne soit pas éclairée par une source primaire de lumière, elle est visible.
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Sujet Brevet 2 : non guidé
15 min
Le tremblement de Mars
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Compétences
✔ Relier la distance parcourue par la lumière à la durée de sa propagation.
✔ Exploiter le modèle du rayon lumineux et la propagation rectiligne de la lumière.
✔ Décrire les conditions de propagation d'un son.
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Introduction
Le 24 décembre 2021, une météorite s'est écrasée sur Mars, créant ainsi un cratère de 150 m de diamètre et de 20 m de profondeur. Bien que ce phénomène ne soit pas rare, celui-ci est exceptionnel par la taille de la météorite, dont le diamètre moyen est de 12 m. Les secousses ont été enregistrées par le sismomètre de la sonde InSight à 3 500 km du lieu de l'impact.
Le phénomène a été confirmé par les photographies prises par une autre sonde, Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), en orbite autour de Mars. En octobre 2022, la NASA a dévoilé le son de l'entrée de cette météorite dans la très fine atmosphère martienne et son explosion au sol en augmentant la fréquence du son enregistré. Ce tremblement de Mars a permis d'obtenir de précieuses informations sur la structure interne de la planète rouge.
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Questions
1. Le sismomètre a enregistré des vibrations du sol martien de l'ordre de 2 Hz. Expliquer pourquoi la NASA a dû modifier cette fréquence pour présenter le son de l'explosion au grand public.
2. Dans le sol martien, les ondes sismiques se déplacent à 5 800 m/s en moyenne. Calculer la durée mise par ces ondes pour parcourir la distance entre le lieu de l'impact et le sismomètre de la sonde InSight.
3. En considérant le milieu comme homogène, modéliser un rayon lumineux capté par les appareils photographiques de Mars Reconnaissance Orbiter permettant d'observer le cratère.
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4. Expliquer pourquoi la NASA et la sonde MRO ne peuvent pas communiquer par l'intermédiaire d'ondes sonores.
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