V VIDYALAYA · Soutien scolaire
Physique-Chimie3eDes signaux pour observer et communiquerExercices + corrigé

Signaux sonores et lumineux — Exercices

Application directe, lecture de graphe, classification et problème concret. Corrigé en fin de fiche.
⏱ ~25 min✎ Calculatrice autorisée
1Calculs directs/ 4 pts
Calcule la grandeur manquante. Exprime le résultat en notation scientifique si le nombre est très petit.
  1. Un signal a une période $T = 0{,}5$ s. Calcule sa fréquence $f$.
  2. Un signal a une période $T = 25$ ms. Calcule sa fréquence $f$.
  3. Un diapason vibre à la fréquence $f = 440$ Hz. Calcule sa période $T$.
2Lecture d'un oscillogramme/ 3 pts
Un oscillogramme représente la variation de pression d'un signal sonore en fonction du temps. On mesure que deux motifs identiques s'étendent sur une durée totale de $8$ ms.
  1. Quelle est la période $T$ de ce signal ?
  2. Calcule la fréquence $f$ de ce signal.
  3. Ce son est-il audible par un être humain ? Justifie.
3Domaines de fréquences/ 3 pts
Classe chacun des signaux suivants dans la bonne catégorie : infrasion, son audible ou ultrason. Justifie en comparant à 20 Hz et 20 000 Hz.
  1. Un grondement de séisme : $f = 0{,}5$ Hz.
  2. Une note de musique : $T = 2$ ms.
  3. Une échographie médicale : $f = 3 \times 10^{6}$ Hz.
4La chauve-souris/ 4 pts
Une chauve-souris émet des ultrasons de fréquence $f = 50\,000$ Hz pour se repérer dans l'obscurité.
  1. Calcule la période $T$ de ces ultrasons. Exprime le résultat en millisecondes.
  2. Un être humain peut-il entendre ces ultrasons ? Justifie.
  3. La chauve-souris émet 200 impulsions en 4 s. Calcule la fréquence de répétition $f_{rep}$ de ces impulsions et leur période $T_{rep}$.
5Feu clignotant/ 2 pts
Un feu de signalisation lumineux clignote avec une période $T = 1{,}5$ s.
  1. Calcule la fréquence $f$ de ce signal lumineux.
  2. Combien de clignotements le feu effectue-t-il en 1 minute ?
Corrigé détaillé
1Calculs directs
a) \(f = \dfrac{1}{T} = \dfrac{1}{0{,}5} =\) \(f = 2 \text{ Hz}\)
b) \(T = 25 \text{ ms} = 25 \times 10^{-3} \text{ s} \quad \Rightarrow \quad f = \dfrac{1}{25 \times 10^{-3}} =\) \(f = 40 \text{ Hz}\)
c) \(T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{440} \approx\) \(T \approx 2{,}27 \times 10^{-3} \text{ s} = 2{,}27 \text{ ms}\)
2Lecture d'un oscillogramme
a) \(2 \text{ motifs en } 8 \text{ ms} \Rightarrow T = \dfrac{8}{2} =\) \(T = 4 \text{ ms} = 4 \times 10^{-3} \text{ s}\)
b) \(f = \dfrac{1}{T} = \dfrac{1}{4 \times 10^{-3}} =\) \(f = 250 \text{ Hz}\)
c) \(20 \text{ Hz} \le 250 \text{ Hz} \le 20\,000 \text{ Hz}\) \(\text{Oui, ce son est audible (domaine des sons audibles).}\)
3Domaines de fréquences
a) \(f = 0{,}5 \text{ Hz} \lt 20 \text{ Hz}\) \(\text{Infrason.}\)
b) \(T = 2 \times 10^{-3} \text{ s} \Rightarrow f = \dfrac{1}{2 \times 10^{-3}} = 500 \text{ Hz} \quad ; \quad 20 \le 500 \le 20\,000\) \(\text{Son audible.}\)
c) \(f = 3 \times 10^{6} \text{ Hz} \gt 20\,000 \text{ Hz}\) \(\text{Ultrason.}\)
4La chauve-souris
a) \(T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{50\,000} = 2 \times 10^{-5} \text{ s} =\) \(T = 0{,}02 \text{ ms}\)
b) \(f = 50\,000 \text{ Hz} \gt 20\,000 \text{ Hz}\) \(\text{Non, c'est un ultrason : inaudible pour l'être humain.}\)
c) \(f_{rep} = \dfrac{200 \text{ impulsions}}{4 \text{ s}} = 50 \text{ Hz} \quad ; \quad T_{rep} = \dfrac{1}{50} =\) \(f_{rep} = 50 \text{ Hz} \quad ; \quad T_{rep} = 0{,}02 \text{ s}\)
5Feu clignotant
a) \(f = \dfrac{1}{T} = \dfrac{1}{1{,}5} =\) \(f \approx 0{,}67 \text{ Hz}\)
b) \(\text{Nombre de clignotements} = \dfrac{60 \text{ s}}{1{,}5 \text{ s}} =\) \(40 \text{ clignotements en 1 minute}\)