QCM N°17 QCM QUESTY Pour s'auto-évaluer	Sons et effet Doppler. Cours

 

 

QCM N° 17 Sons et effet Doppler AIDE Pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s).
	Énoncé	A	B	C	R
1	L’intensité sonore s’exprime :	en W . m˗2	En décibel (dB)	Sans unité	A
2	L’intensité sonore I et le niveau d’intensité sonore L sont liés par l’expression :				C
3	Quand l’intensité sonore I double, le niveau d’intensité sonore L :	Diminue de 6 dB	Augmente de 3 dB	Est multipliée par quatre	B
4	Si l’intensité sonore I = 1,0 × 10–5 W. m–2 , le niveau d‘intensité sonore L vaut : Donnée : I0 = 1,0 × 10–12 W. m–2 (seuil d’audibilité)	20 dB	70 dB	50 dB	B
5	L’atténuation d’une onde sonore en décibel (dB) est la diminution de :	Sa fréquence	Sa célérité	Son niveau d’intensité sonore	C
6	L’atténuation géométrique dépend de :	La nature du milieu traversé	La distance qui sépare la source du récepteur	La fréquence de l’onde	B
7	Dans quelle situation l’effet Doppler peut-il se manifester ?	Lors de l’analyse de la lumière d’une étoile qui s’éloigne de la Terre	Si une fente fine est éclairée à l’aide d’un laser	Lorsque un émetteur se rapproche à vitesse constante d’un récepteur	AC
8	La caractéristique de l’onde reçue modifiée par l’effet Doppler par rapport à l’onde émise est :	Sa fréquence	Son amplitude	Sa célérité	A
9	Une ambulance munie d’une sirène s’approche d’un observateur. Comment évolue le son perçu par rapport au cas où l’ambulance est immobile ?	La fréquence est plus grande	La longueur d’onde est plus faible	La longueur d’onde est plus grande	AB
10	Un décalage vers le rouge de la lumière reçue par une étoile signifie que :	L’étoile se couche	L’étoile s’éloigne de la Terre	La longueur d’onde de la lumière diminue	B

 

QCM réalisé avec le logiciel Questy

Pour s’auto-évaluer

 

AIDE

Intensité sonore :

-     Le niveau d’intensité sonore est lié à l’amplitude du signal sonore.

-     C’est la puissance sonore reçue pour une surface donnée.

-     Plus l’amplitude du signal sonore est élevée plus l’intensité sonore I est grande.

-     L’intensité sonore, notée I, caractérise l’intensité du signal reçue par l’oreille.

-     L’intensité sonore I est la puissance P par unité de surface S transportée par une onde sonore.

-     Elle s’exprime en watt par mètre carré : W / m² ou W. m^–2

-     L’oreille humaine normale perçoit les signaux sonores dont l’intensité est comprise entre

-     Une valeur minimale I₀ = 1,0 × 10^–12 W. m^–2 (seuil d’audibilité)

-     Et une valeur maximale I_max = 25 W. m^–2 (seuil de douleur).

-     Ces seuils dépendent de la fréquence du son perçu et varient en fonction de l’individu.

-     Comme l’écart entre ces deux valeurs est très grand, on a créé une nouvelle grandeur, qui utilise une échelle logarithmique : appelée le niveau d’intensité sonore, notée L.

Niveau d’intensité sonore :

-     Le niveau d’intensité sonore est une grandeur qui traduit la façon dont notre oreille perçoit l’ « volume sonore » d’un son.

-     On définit le niveau d’intensité sonore L à partir de l’intensité associée au seuil d’audibilité.

-     Relation mathématique :

-     La notation log fait référence à la fonction logarithme décimal.

-     Ainsi, l’échelle de niveau d’intensité sonore L varie de 0 dB à environ 140 dB.

-     Alors que l’intensité sonore I varie de I₀ = 1,0 ×10^–12 W. m^–2 à 10² W. m^–2

Intensité sonore I et niveau d’intensité sonore L :

-     Pour une intensité sonore I, le niveau d’intensité sonore L, avec :

-      

-     Pour une intensité sonore I’ = 2 I, le niveau d’intensité sonore L’ est :

-      

-     Lorsque l’intensité sonore I est multipliée par deux, le niveau d’intensité sonore L augmente de trois décibels (3 dB).

Calcul du niveau d’intensité sonore :

-      

Atténuation d’une onde sonore :

-     L'atténuation des ondes sonores se réfère à la diminution de l'intensité sonore au fur et à mesure que l'onde se propage dans un milieu.

-     Elle peut être causée par des facteurs géométriques et d'absorption.

Atténuation géométrique :

-     On considère une source ponctuelle qui émet un signal sonore périodique de puissance P.

-     À la distance r, l’intensité sonore est I et le niveau d’intensité sonore est L.

Quel est le niveau intensité sonore L’ à la distance r’ = 2 r ?

-     Schéma de la situation :

-     Au cours de la propagation de l‘onde sonore, l’énergie de l’onde sonore se répartit sur une surface de plus en plus grande (surface d’une sphère).

-     L’intensité sonore et le niveau d’intensité sonore diminuent lorsque l’on s’éloigne de la source sonore.

-     Lorsque la distance à la source est multipliée par deux l’intensité sonore est divisée par 4 et le niveau d’intensité sonore diminue de 6 dB.

Effet Doppler :

-     L'effet Doppler est un phénomène physique qui se produit lorsque l'émetteur ou le récepteur d'une onde se déplace l'un par rapport à l'autre.

-     Cela entraîne un changement de la fréquence apparente de l'onde en raison du mouvement relatif entre l'émetteur et le récepteur.

-     Lorsque la source de l'onde s'approche de l'observateur, la fréquence augmente, et lorsqu'elle s'éloigne, la fréquence diminue.

-     Une onde électromagnétique ou mécanique émise avec une fréquence f_E est perçue avec une fréquence différente f_R lorsque l’émetteur et le récepteur sont en déplacement relatif.

-     C’est ce que l’on appelle l’effet Doppler.

Effet Doppler (suite) :

-     Les différentes grandeurs physiques :

-     f_E est la fréquence du signal produit par l’émetteur E ;

-     f_R est la fréquence du signal reçu par l’observateur R ;

-     v est la valeur de la vitesse de l’onde ;

-     v_E est la valeur de la vitesse de l’émetteur E par rapport à l’observateur R.

-     Référentiel d’étude : Les valeurs des vitesses sont mesurées dans un référentiel terrestre :

-     L’air est supposé immobile par rapport au son.

-     La vitesse de déplacement de l’émetteur v_E par rapport au récepteur est faible et inférieure à la vitesse v de l’onde dans le milieu de propagation.

-     En conséquence, on considère que : v_E << v

-     Schéma représentatif de la situation :

-     Lorsque l’émetteur E se rapproche du récepteur R :

-     Expression de la vitesse :

-     Lorsque l’ambulance E se rapproche de l’observateur R, la fréquence f_R du son perçu par l’observateur est plus grande :

-      

-     Et la longueur d’onde λ_R du son perçu par l’observateur E est plus petite :

-      

Mouvement d’une étoile :

-     Le spectre de la lumière émise par une étoile comporte des raies d’absorption caractéristiques des éléments présents dans l’atmosphère qui l’entoure.

-     En appliquant les conséquences de l’effet C. Doppler à la lumière, H.  Fizeau (1819-1896) a postulé en 1848 que :

-     Si une étoile s’éloigne ou s’approche de la Terre, on doit observer un décalage de ses raies d’absorption.

-     La mesure de ce décalage permettrait de calculer la vitesse radiale de l’étoile.

-     Lorsque l’étoile s’éloigne de la Terre, on observe un décalage vers les grandes longueurs d’onde c’est-à-dire vers le rouge pour les raies du visible (Redshift).

-     Lorsque l’étoile se rapproche de la Terre, on observe un décalage vers les petites longueurs d’onde c’est-à-dire vers le bleu pour les raies du visible (Blueshift).

-     Le décalage de la longueur d’onde dû à l’effet Doppler-Fizeau permet de calculer la valeur de la vitesse d’éloignement ou de rapprochement d’une galaxie par rapport à la Terre.

-     Décalage vers le rouge (Redshift) des raies entre le spectre obtenu pour une source et un observateur immobile (spectre a ) et celui obtenu pour un éloignement entre la source et l’observateur (spectre b).

►    Lorsque l’émetteur E s’éloigne du récepteur R :

-     La distance entre l’émetteur E et le récepteur R augmente :

Longueur d’onde	Période	Fréquence

-     La longueur d’onde λ_R > λ_E, la période T_R > T_E et la fréquence f_R < f_E