1)- Identifier la chaîne des différents milieux de propagation des ondes mécaniques au sein du dispositif :

-  de la bouche de la personne qui parle, à l'oreille de la personne qui écoute (figure1).

- L'onde sonore se propage d'abord dans l'air, puis fait vibrer le fond du 1^er pot de yaourt qui se comporte comme la membrane d’un H.P,

- ensuite le signal se propage dans le fil, puis dans le fond du 2^nd pot de yaourt et finalement dans l'air pour arriver à l’oreille du second protagoniste.

2)- Attribuer, à chacune des situations représentées sur les figures 2 et 3, les termes d'onde longitudinale et d'onde transversale. Justifier votre réponse.

-  Onde longitudinale (figures 3) :

- 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 proche des ondes de compression -détente du milieu de propagation.

- Elles vibrent parallèlement à leur direction de propagation (cas du ressort)

- Onde transversale (figures 2) :

- 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 (cas de la corde)

- Retard entre le point B et le point A :

- τ = x . s 

-  τ =  4 × 5 

-  τ =  20 ms 

2)- Donner l'expression de la célérité v de l'onde sur ce fil en fonction de D et τ. Calculer sa valeur.

Comparer cette valeur à celle de la célérité du son dans l'air à 25°C.

Quelle propriété justifie ce résultat ?

- Célérité v de l'onde sur ce fil en fonction de D et τ.

-  

- Propriété de l’onde :

- Remarque :

-  La célérité de l'onde le long de la corde est supérieure à celle dans l'air.

- La célérité d’une onde dépend du milieu de propagation.

-  Une onde sonore se déplace plus vite dans un solide que dans l’air.

-  La célérité de l’onde est une propriété du milieu de propagation.

Le fil ER de longueur L = 50 m est assimilé à un ressort de constante de raideur k = 20 kg.s ^{– 2}  et de masse linéique µ = 1,0.10 ^{– 3} kg.m^–1.

Dans le cas d'un fil, le produit k.L est une constante caractéristique du milieu de propagation.

3)- Un modèle simple de la célérité v d'une onde de ce type dans ce fil correspond à l'une des expressions suivantes:

(1)   (2)   (3)  

 -  Retrouver la bonne expression parmi celle proposées en effectuant une analyse dimensionnelle.

- Expression (1) :

- L’expression (1) est à rejeter, elle n’est pas homogène à une vitesse.

- Expression (2) :

- L’expression (2) est à retenir, elle est homogène à une vitesse.

- Expression (3) :

- L’expression (3) est à rejeter, elle n’est pas homogène à une vitesse.

4)- Calculer la célérité de l'onde sur le fil ER.

-  Célérité de l'onde sur le fil ER.

- 

- Ce résultat est en accord avec celui obtenu précédemment.

5)- Comment peut-on expliquer que l'amplitude du signal au point B (voie 2) soit plus faible que l'amplitude du signal au point A (voie 1) ?

- Le point B est plus éloigné de la source que le point A.

- Au cours de la propagation, l’onde s’amortie à cause des frottements.

- L’énergie transportée par l’onde diminue au cours de la propagation.

6)- A partir de l'enregistrement de la figure 7, déterminer la fréquence f de l'onde qui se propage dans le fil.

- Fréquence f de l'onde qui se propage dans le fil

- À l’aide de l’oscillogramme, on peut déterminer la valeur de la période du signal :

- T = x . s 

-  T =  5 x 1 

-  T =  5 ms

- On peut en déduire la valeur de la fréquence :

-  

7)- Lorsque l'on éloigne le point B, du point A, on constate que les signaux se retrouvent dans la même configuration pour les valeurs de la distance:

D = 25,0 m,  D = 30,0 m,  D = 35,0 m  …

a) En déduire la valeur de la longueur d'onde l associée à l'onde qui se propage dans le fil, puis la célérité v de cette onde.

- Pour la distance D = 25,0 m, les deux courbes sont en phase.

- Cette distance est égale à un nombre entier de fois la longueur d’onde :

- On peut écrire que : k . λ = 25,0  (1) avec k entier naturel.

- Pour la distance D = 30,0 m, les deux courbes sont de nouveau en phase :

- On peut écrire que : (k + 1) . λ = 30,0  (2)

- Et enfin : (k + 2) . λ = 35,0  (3)

- Des relations (1), (2) et (3), on tire : λ = 5,00 m

b) Sur la figure de l'annexe à rendre avec la copie, représenter l'allure de la courbe que l'on observerait sur la voie 2 si la distance D était égale à 27,5 m.

8)- La voix est un signal complexe constitué d'ondes sonores de fréquences différentes.

A l'écoute des signaux transmis, le fil ne semble pas être un milieu de propagation notablement dispersif.

Qu'est-ce qu'un milieu dispersif ?

Quelle serait la conséquence sur les signaux reçus si le fil qui constitue le dispositif était un milieu de propagation très dispersif ?

- Un milieu est dispersif si la célérité de l’onde dans le milieu dépend de la fréquence imposée par la source.

- Si le fil était un milieu dispersif, les ondes de basses fréquences ne se propageraient pas à la même célérité que les ondes de hautes fréquences.

- Il y aurait un décalage entre les sons de différentes fréquences.

- Le téléphone pot de yaourt ne fonctionnerait pas.

L'antenne d'un téléphone portable, émet ou reçoit des ondes électromagnétiques qui ont les mêmes propriétés que la lumière.

9)- Quelle différence fondamentale existe-t-il concernant la propagation des ondes du téléphone "pot de yaourt" et celles d'un téléphone portable ?

- Les ondes électromagnétiques peuvent se propager dans le vide contrairement aux ondes mécaniques qui nécessitent la présence d’un milieu matériel pour se propager.