Son : production, propagation et vitesse — Exercices

Des questions de cours aux problèmes concrets. Corrigé en fin de document.

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1Vrai ou Faux ?/ 4 pts

Réponds par Vrai ou Faux, puis justifie en une phrase.

Le son peut se propager dans le vide.
Le son se propage plus vite dans l'eau que dans l'air.
Une guitare produit un son parce que ses cordes vibrent.
Le son voyage à la même vitesse quel que soit le milieu.

2Distances parcourues/ 3 pts

Un haut-parleur émet un signal sonore dans l'air ($v = 340$ m/s). Calcule la distance parcourue par le son pour chacune des durées suivantes.

$t = 1$ s
$t = 5$ s
$t = 0{,}5$ s

3Durées de propagation/ 3 pts

Un avion en vol émet un bruit. Calcule la durée que met le son pour atteindre un observateur au sol. On prend $v = 340$ m/s dans l'air.

L'avion est à $d = 340$ m.
L'avion est à $d = 1\,700$ m.
L'avion est à $d = 5\,100$ m.

4L'éclair et le tonnerre/ 4 pts

Lors d'un orage, on observe un éclair et on entend le tonnerre 4 secondes plus tard. On considère que la lumière de l'éclair arrive instantanément. La vitesse du son dans l'air est $v = 340$ m/s.

Pourquoi voit-on l'éclair avant d'entendre le tonnerre ?
Calcule la distance qui sépare l'observateur de l'orage.
Un camarade affirme : « L'orage est à 2 km. » A-t-il raison ? Justifie.

5Sonar et fond marin/ 6 pts

Un navire utilise un sonar pour mesurer la profondeur de l'océan. Il émet une impulsion sonore vers le fond et reçoit l'écho 0,6 s plus tard. La vitesse du son dans l'eau de mer est $v = 1\,500$ m/s.

Le signal sonore effectue-t-il un aller simple ou un aller–retour entre le navire et le fond ? Explique.
Calcule la distance totale parcourue par le signal sonore.
Déduis la profondeur de l'océan à cet endroit.

Corrigé détaillé

1Vrai ou Faux ?

a) $\textbf{Faux}$ $\text{Le son a besoin d'un milieu matériel pour se propager ; dans le vide, il n'y a pas de molécules.}$

b) $\textbf{Vrai}$ $\text{Dans l'eau } v \approx 1\,500 \text{ m/s} \gt 340 \text{ m/s (air).}$

c) $\textbf{Vrai}$ $\text{La vibration des cordes constitue la source sonore.}$

d) $\textbf{Faux}$ $\text{La vitesse dépend du milieu : air } {\approx}\,340 \text{ m/s, eau } {\approx}\,1\,500 \text{ m/s, acier } {\approx}\,5\,000 \text{ m/s.}$

2Distances parcourues

a) $d = v \times t = 340 \times 1 =$ $340 \text{ m}$

b) $d = v \times t = 340 \times 5 =$ $1\,700 \text{ m}$

c) $d = v \times t = 340 \times 0{,}5 =$ $170 \text{ m}$

3Durées de propagation

a) $t = \dfrac{d}{v} = \dfrac{340}{340} =$ $1 \text{ s}$

b) $t = \dfrac{d}{v} = \dfrac{1\,700}{340} =$ $5 \text{ s}$

c) $t = \dfrac{d}{v} = \dfrac{5\,100}{340} =$ $15 \text{ s}$

4L'éclair et le tonnerre

a) $v_{\text{lumière}} \approx 300\,000 \text{ km/s} \gg v_{\text{son}} = 340 \text{ m/s}$ $\text{La lumière étant quasi instantanée, l'éclair est perçu sans délai ; le son, bien plus lent, met plusieurs secondes à parcourir la même distance.}$

b) $d = v \times t = 340 \times 4 =$ $1\,360 \text{ m}$

c) $1\,360 \text{ m} = 1{,}36 \text{ km} \lt 2 \text{ km}$ $\text{Non. L'orage est à 1 360 m, soit 1,36 km : le camarade surestime la distance.}$

5Sonar et fond marin

a) $\text{Aller–retour}$ $\text{Le signal part du navire, rebondit sur le fond marin, puis revient au navire.}$

b) $d_{\text{totale}} = v \times t = 1\,500 \times 0{,}6 =$ $900 \text{ m}$

c) $d_{\text{fond}} = \dfrac{d_{\text{totale}}}{2} = \dfrac{900}{2} =$ $450 \text{ m}$