Émission et perception d'un son

Exercice 1 : Propagation du son (5 points)

Données :

• Vitesse du son dans l'air : $v_{air} = 340 \text{ m/s}$

• Vitesse du son dans l'eau : $v_{eau} = 1500 \text{ m/s}$

Questions :

1. Lors d'un orage, on observe un éclair puis on entend le coup de tonnerre 6 secondes plus tard.

a. Expliquer pourquoi le son du tonnerre nous parvient après l'éclair. (1 pt)

b. Calculer la distance (en km) à laquelle l'orage se situe. (2 pts)

2. Un astronaute sur la Lune frappe le sol avec un marteau. Son coéquipier situé à quelques mètres peut-il entendre le bruit ? Justifier. (2 pts)

Exercice 2 : Étude du son d'une flûte (9 points)

On enregistre le son produit par une note de flûte. On obtient l'oscillogramme ci-dessous qui représente la tension aux bornes du microphone en fonction du temps.

Questions :

1. Le signal sonore enregistré est-il périodique ? Justifier votre réponse. (1 pt)

2. Déterminer la période $T$ de ce signal sonore en vous aidant du graphique. Donner le résultat en millisecondes (ms) puis en secondes (s). (3 pts)

3. Calculer la fréquence $f$ de ce son. (2 pts)

4. Ce son est-il audible par l'oreille humaine ? Justifier en rappelant les limites des fréquences audibles. (1 pt)

5. Un autre musicien joue une note dont la fréquence est de 880 Hz. Ce deuxième son est-il plus grave ou plus aigu que le son de la flûte étudié ? Justifier. (2 pts)

Exercice 3 : Perception et risques sonores (6 points)

Le schéma ci-dessous présente une échelle de niveaux d'intensité sonore avec quelques exemples.

Questions :

1. Une personne assiste à un concert de rock où le niveau sonore est de 105 dB.

a. D'après le document, à quel risque s'expose-t-elle ? (1 pt)

b. Citer une précaution qu'elle pourrait prendre pour protéger son audition. (1 pt)

2. Un violon et une flûte jouent la même note (ils produisent donc des sons de même hauteur). Pourtant, on peut les distinguer à l'oreille.

a. Quelle caractéristique du son permet de les différencier ? (1 pt)

b. À quelle caractéristique du signal (visible sur un oscillogramme) cela correspond-il ? (1 pt)

3. Citer deux conséquences possibles sur la santé d'une exposition sonore trop intense ou prolongée. (2 pts)