Acoustique

Exercice n°10 P 211 : Cloche à vide.

1. Au fur et à mesure, le son diminue en intensité.

2. Le milieu matériel nécessaire à la propagation du son, ici l'air disparaissant, le son ne peut plus se propager.

Exercice n°11P 211 : Une flamme qui vibre.

L'onde sonore crée une suite de surpressions et de dépression dans l'air. Ce sont ces suites de pressions et de dépressions qui entrainent les vibrations de la flamme.

Exercice n°13P 211 : Ambiance western.

L'onde sonore crée une suite de surpressions et de dépression dans le rail. Ce sont ces suites de pressions et de dépressions qui entrainent les vibrations du rail, l'effet de propage dans l'air au niveau de l'oreille du bandit, il perçoit un son.

Exercice n°16 P 212 : Enregistrement d'un signal.

1a. il s'agit d'un signal périodique, on distingue une répérition du motif.

1b. C'est le motif bleu qui se répète.

2a. La période vaut : $T \ = \ 4 \ s$.

2b. On en déduit la fréquence $f \ = \ \dfrac{1}{T} \ = \ \dfrac{1}{4} \ = \ 0,25 \ Hz$.

Exercice n°19 P 212 : Enregistrement d'un signal sonore.

1. Il s'agit d'un signal périodique car on distingue un motif qui se répète à intervalle de temps régulier.

2a. Pour déterminer le plus précisément possible la période, on mesure le plus grand nombre de périodes possibles, en utilisant l'échelle la plus grande possible.

On en déduit une période $T= \color{red}{\dfrac{1}{4}} \times \dfrac{12,8 \times 10}{14,1} = 2,27 \ ms$

2a. $f=\dfrac{1}{2,27.10^{ \ -3}} = 440 \ Hz$

Exercice n°21 P 213 : Enregistrement de sons.

1. La période $T_1$ du premier signal est plus grande que la période $T_2$ du deuxième signal.

La fréquence $f_1=\dfrac{1}{T_1}$ est donc plus petite que la fréquence $f_2=\dfrac{1}{T_2}$

Le deuxième son est donc plus aigu.

2. L'amplitude $a_1$ du prenimer signal est plus grande que celle $a_2$ du deuxième signal.

Le premier son a donc une intensité sonore plus grande.

Le deuxième son est donc plus aigu.

3. Les fréquencse des sons audibles sont comprises entre $20 \ Hz$ et $20.000 \ Hz$.

Un peu plus loin :

En considérant que l'échelle temporelle est en $ms$ :

$\bullet$ Pour le premier signal : $T_1 \ = \ \dfrac{1}{6} \times 13,5.10^{ \ -3} = 2,25 \ ms.$ et $f_1 = \dfrac{1}{T_1} = 444 \ Hz$

C'est un son "medium"

$\bullet$ Pour le premier signal : $T_2 \ = \ \dfrac{1}{12} \times 13,5.10^{ \ -3} = 1,13 \ ms.$ et $f_2 = \dfrac{1}{T_2} = 888 \ Hz$

C'est aussi un son "medium"

Exercice n°24 P 213 : Corde de violoncelle.

1. Les signaux ont sensiblement la même amplitude. Leurs intensités sonore sont les mêmes.

2. Les signaux ont sensiblement la même période, donc la même fréquence. ILs ont la même "hauteur".

3. L'allure des courbes est différente. C'est le timbre qui n'est pas le même.

Exercice n°27 P 214 : Détermination de la vitesse du son.

1. Les récepteurs sont distants d'une distance $d = 3,75 \ m$. Le décalage temporel est de $\Delta = 2,5 \ ms$.

La célérité du son est : $c=\dfrac{3,75}{2,5.10^{ \ -3}}= 1500 m.s^{ \ -1}$

2. Le son se propage dans l'eau.

Exercice n°29 P 215 : Enregistrement d'un son d'une guitare.

1. On peut mesurer au maximum deux périodes pour le signal enregistré. la sensibilité horizontale est de $2 \ ms.div^{ \ -1}$

$\bullet$ Après enregistrement de l'image et en utilisant le logiciel "Tracker" :

$\bullet$ L'image proposée nous permet de calibrer l'espace à $20 \ ms$.

$\bullet$ On peut alors mesurer le temps correspondant à deux périodes : $2T \ = \ 13,6 \ ms$.

$\bullet$ On en déduit une période : $T \ = \ 6,8 \ ms$ et une fréquence : $f \ = \ \dfrac{1}{6,8.10^{ \ -3}} = 147 \ Hz$

2. C'est la corede du "ré" qui a vibré.

Exercice n°32 P 216 : En avant la musique!

1a. Le caisson permet d'amplifier le signal (caisse de résonnance).

1b. Le signal enregistré permet de distinguer un motif qui se répète à intervelle de temps régulier.

2a.

	On mesure pour quatre périodes : $4T_A = 9 \times 1 \ = 9 \ ms$ donc : $T_A \ = \dfrac{9}{4}=2,25 \ ms$, on en déduit une fréquence : $f_A = \dfrac{1}{2,25.10^{ \ -3}} = 444 \ Hz$.
	On mesure pour deux périodes : $2T_B = 10,25 \times 1 \ = 10,25 \ ms$ donc : $T_B \ = \dfrac{10,25}{2}=5,1 \ ms$, on en déduit une fréquence : $f_B = \dfrac{1}{5,1.10^{ \ -3}} = 196 \ Hz$.

2b. Pour le premier enregistrement, la note jouée est le "La octave 3". pour le deuxième : "Sol octave 2"

Exercice n°33 P 217 : Analyse du son d'une guitare électrique.

1. La guitare électrique n'a pas besoin d'une cavité de résonnance car elle est reliée à un amplificateur.

2.

	$5T_A=44,5 \ ms$ donc : $T_A=\dfrac{44,5}{5} = 8,9 \ ms$ alors : $f_A=\dfrac{1}{8,9.10^{ \ -3}} = 112 \ Hz$
	$5T_B=44,7 \ ms$ donc : $T_B=\dfrac{44,7}{5} = 8,9 \ ms$ alors : $f_B=\dfrac{1}{8,9.10^{ \ -3}} = 112 \ Hz$

3a. La hauteur d'un son correspond à sa fréquence. Les deux sons ont la même hauteur.

3b. Les sons n'ont pas le même timbre car les motifs ne sont pas les mêmes.

Exercice n°34 P 217 : Niveau sonore.

1a. Le seuil de danger est à 85 dB.

1b. Le niveau sonore est à $\Delta L = 109 - 85 = 24 \ dB$

2a,b.

$\bullet$ A $d=3 \ m$, le niveau d'intensité sonore est $L_3=109 \ dB$

$\bullet$ A $d=6 \ m$, le niveau d'intensité sonore est $L_6=109-6=103 \ dB$

$\bullet$ A $d=12 \ m$, le niveau d'intensité sonore est $L_12=103-6=97 \ dB$

$\bullet$ A $d=24 \ m$, le niveau d'intensité sonore est $L_24=97-6=91 \ dB$

$\bullet$ A $d=48 \ m$, le niveau d'intensité sonore est $L_48=91-6=85 \ dB$

Il a fallu doubler 4 fois la distance à l'enceinte.

Exercice n°41 P 219 : L'éruption d'un volcan.

L'éruption commence à $t_1=12 \ s$ on perçoit le son à $t_2=25 \ s$

Le son a donc mis $\Delta \ t = 25-12=13 \ s$ à la vitesse $v=340 \ m.s^{ \ -1}$, la distance du volcan au bateau est donc : $d=v \times \Delta \ t= 340 \times 13 \ = \ 4420 \ m$.