Janvier 03 |
Exercice I : Ondes sismiques. (4 points)
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Oui : les ondes P vibrent dans leur direction de propagation, elles soulèvent ou affaissent le sol, tandis que les ondes S vibrent perpendiculairement et nous secouent horizontalement. |
Heureusement, lors de leur voyage à travers le sous-sol, les ondes perdent de leur énergie. En s'éloignant du foyer, elles s'amortissent et leurs effets s'atténuent. Voilà pourquoi les séismes superficiels, trop proches pour être affaiblis, sont les plus destructeurs. D'après La Recherche (n° exceptionnel août octobre 2001 LES SEISMES) |
1. Ondes mécaniques.
1.1. Les
ondes sismiques appartiennent au domaine des ondes mécaniques. Donner la définition
générale d’une onde mécanique. 1.2. Dans le texte, on peut lire : ‘’les premières voyagent dans la croûte à une vitesse de 6 km / s environ’’. Quel terme plus approprié que ‘’vitesse’’ devrait-on utiliser ? 2. Les ondes
sismiques peuvent être, selon les cas, qualifiées par les termes suivants :
- Ondes longitudinales ;
- Ondes de cisaillement ;
- Ondes transversales ;
- Ondes de compression. 2.1. en utilisant deux termes de la liste ci-dessus, caractériser une onde P. Justifier la réponse. 2.2. en utilisant deux termes de la liste ci-dessus, caractériser une onde S. Justifier la réponse. 2.3. associer chacun des deux schémas ci-après aux ondes P ou S. Justifier la réponse. |
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3. Les expériences ci-dessous peuvent modéliser les ondes P ou S.
Associer chaque expérience à un des deux types d’onde.
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Schéma
3 |
Schéma
4 |
4. épicentre et foyer du séisme.
Une onde sismique commence à se propager à partir du foyer à la date t = 0 s. Une station enregistreuse est située à la distance D de l’épicentre et à la distance d du foyer. On note
VP
la célérité de l’onde P et
VS
la célérité de l’onde S dans
la croûte. 4.1. Donner l’expression
de tP et
tS,
dates d’arrivée respectivement des ondes
P
et S à la station enregistreuse. 4.2. On ne peut pas connaître
précisément VP
et VS.
Cependant, on sait qu’elles obéissent à la relation :
4.2.a. Si on mesure les dates
tP
et tS, établir,
en utilisant la relation qui existe entre les vitesses, l’expression de la
distance d en fonctions de ces
dates. 4.2.b. Un capteur de la station mesure l’intervalle de temps séparant l’arrivée des deux ondes à la station : Δt = 25 s. En déduire la distance de la station au
foyer du séisme. |
Questions |
Réponses |
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1.1. |
définition générale d’une onde mécanique : On appelle onde mécanique le phénomène de propagation
d'une
perturbation dans tout milieu matériel sans transport de matière. |
0,5 |
1.2. |
terme plus approprié que ‘’vitesse’’ :
On
devrait utiliser le terme de célérité d'une onde |
0,25 |
2.1. |
caractérisation d'une onde P : Les ondes P sont des ondes longitudinales : la direction de déplacement temporaire de la matière
et la direction de propagation de l'onde
sont les mêmes. On parle aussi d'ondes de compression : elles créent de proche en en proche des ondes de compression -détente du milieu de propagation. Elles vibrent parallèlement à leur direction de
propagation. |
0,25 0,25 |
2.2. |
caractérisation d'une onde S : Les ondes S sont des ondes transversales : la direction de déplacement temporaire de la matière et la direction de propagation de l'onde sont perpendiculaires. On parle aussi d'ondes de cisaillement.
Elles
vibrent perpendiculairement à leur direction de propagation. |
0,25 0,25 |
2.3. |
Schéma 2 : ondes P : la direction de déplacement de la perturbation est la même que celle de la propagation de l’onde. Il y a une zone de compression et une zone de dilatation.
Schéma 1 : ondes S : la direction de déplacement de la perturbation est perpendiculaire
à la direction de propagation de
l’onde |
0,5 |
3. |
Ondes
P schéma 3
|
'0,5 |
4.1. |
Expression de tP et tS : Si les ondes S et P se propagent dans un milieu supposé non dispersif, la perturbation au point M' (station enregistreuse) à l'instant
t' est la même que celle qui existait au point
M
(foyer) à l'instant
t étant le retard et
V la célérité de l’onde
En
prenant l'origine des temps
t = 0 à l'instant où le séisme démarre
|
0,5 |
4.2.a. |
Expression de la distance
d
en fonctions de ces dates
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0,5 |
4.2.b. |
distance
de la station au foyer du séisme : d
= 8 × 25 =>
d
= 200 km |
0,25 |
TOTAL |
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4 |