Signaux sonores — exercices corrigés

Quand Yasmine pince une corde de sa guitare, un son apparaît. Quel phénomène est à l'origine de ce son ?

Dans lequel de ces milieux un son ne peut pas se propager ?

Quelle est la valeur approximative de la vitesse du son dans l'air ?

Amine approche sa main d'un haut-parleur qui diffuse de la musique forte : il sent la membrane bouger. Pourquoi cette membrane est-elle à l'origine du son ?

Dans l'espace, là où il n'y a pas d'air, deux astronautes pourraient s'entendre crier l'un l'autre.

La vitesse du son dans l'air vaut $v=340$ m/s. Un son met $t=2$ s pour parvenir à l'oreille de Salma. Quelle distance $d$, en mètres, ce son a-t-il parcourue ?

Karim colle son oreille contre un rail de chemin de fer et entend un train lointain avant d'entendre le bruit arriver par l'air. Dans quel milieu le son se propage-t-il le plus vite ?

Le son se propage plus vite dans l'eau (environ $1500$ m/s) que dans l'air (environ $340$ m/s).

La vitesse du son dans l'air vaut $v=340$ m/s. Pendant un orage, l'éclair tombe à $d=1020$ m de Yasmine. Au bout de combien de temps $t$, en secondes, entend-elle le tonnerre ?

Yasmine joue la corde la plus fine de sa guitare : elle sonne aigu. Que peut-on dire de la fréquence de ce son ?

Une vibration a une période $T=\mathrm{0,01}$ s. Quelle est sa fréquence $f$, en hertz ?

Un son grave correspond à une fréquence faible (petit nombre de vibrations par seconde).

Un son a une fréquence $f=500$ Hz. Quelle est sa période $T$, en secondes ?

Dans quelle unité exprime-t-on la fréquence d'un son ?

On mesure le niveau sonore d'un son en décibels (dB) à l'aide d'un sonomètre.

Quel est, en gros, le domaine de fréquences que l'oreille humaine peut entendre ?

À partir de quel niveau sonore, en décibels, un son devient-il physiquement douloureux pour l'oreille ? On l'appelle le seuil de douleur.

Comment appelle-t-on un son dont la fréquence dépasse $20000$ Hz, donc trop aigu pour être entendu par l'oreille humaine ?

Écouter de la musique au casque à un volume modéré mais pendant de longues heures ne présente aucun danger pour l'oreille.

Quand Salma chante, elle pose la main sur sa gorge et sent quelque chose trembler sous ses doigts. Elle se demande quel est l'objet vibrant qui produit le son de sa voix. Aide-la à identifier cette source sonore et explique pourquoi elle est bien à l'origine du son.

Lors d'un orage au-dessus d'Ifrane, Salma voit l'éclair, puis entend le tonnerre $4$ secondes plus tard. Pourtant l'éclair et le tonnerre naissent au même instant, du même coup de foudre. Pourquoi Salma perçoit-elle l'éclair avant le tonnerre ?

Pendant un orage, Karim déclenche son chronomètre dès qu'il voit l'éclair et l'arrête quand il entend le tonnerre : il mesure $5$ secondes. On prend la vitesse du son dans l'air égale à $340$ m/s. À quelle distance, en mètres, gronde l'orage ?

Amine crie face à une falaise distante de $170$ m et entend son écho revenir. Il affirme : « Pour calculer la durée de l'écho, le son ne parcourt que les $170$ m qui me séparent de la falaise. » Cette affirmation est-elle correcte ?

Yasmine murmure une note aiguë très doucement, puis Karim crie la même note. Que peut-on dire en comparant les deux sons ?

Salma crie face à une grande paroi rocheuse distante de $510$ m et attend son écho. On prend la vitesse du son dans l'air égale à $340$ m/s. Au bout de combien de secondes entend-elle l'écho revenir ?

Un appareil émet une vibration de fréquence $15$ Hz. Sachant que l'oreille humaine entend de $20$ Hz à $20000$ Hz, que peut-on dire de ce son pour un humain ?

Karim regarde un film de science-fiction où deux astronautes s'entendent crier dans l'espace, au milieu du vide. Il affirme : « C'est impossible, car le son ne se propage pas dans le vide, contrairement à la lumière. » A-t-il raison ?

Yasmine observe à l'oscilloscope une vibration dont la période vaut $T=\mathrm{0,005}$ s. Quelle est la fréquence de ce son, en hertz ?

Yasmine accorde son oud et mesure les fréquences de trois cordes : la corde 1 à $110$ Hz, la corde 2 à $330$ Hz, la corde 3 à $220$ Hz. Quel classement, du plus grave au plus aigu, est correct ?

Depuis sa fenêtre à Ifrane, Karim chronomètre un orage. Au premier éclair, le tonnerre arrive $6$ s après. À l'éclair suivant, le tonnerre n'arrive plus qu'après $4$ s. On prend la vitesse du son dans l'air égale à $340$ m/s.

Calcule la distance de l'orage à chaque éclair, puis indique si l'orage s'approche ou s'éloigne.

Salma compare deux sons. Le son A a une période $T_A=\mathrm{0,002}$ s, le son B une période $T_B=\mathrm{0,01}$ s. Elle affirme : « Le son A a une fréquence plus grande que le son B, c'est donc lui le plus aigu. » A-t-elle raison ?

Un diapason émet un son de fréquence $f=250$ Hz. Quelle est la période de sa vibration, en secondes ?

Amine relève au sonomètre trois niveaux sonores : dans une bibliothèque $30$ dB, dans une rue passante de Casablanca $80$ dB, lors d'une conversation $60$ dB. Quel classement, du son le plus faible au plus fort, est correct ?

Un éclair frappe une colline distante de $\mathrm{1,02}$ km de Yasmine. On prend la vitesse du son dans l'air égale à $340$ m/s. Combien de secondes Yasmine attend-elle avant d'entendre le tonnerre ?

Amine émet un son qui doit parcourir $1500$ m. Dans l'air, le son va à $340$ m/s ; dans l'eau de mer, il va à environ $1500$ m/s. Que peut-on dire de la durée du trajet selon le milieu ?

Salma écoute de la musique au casque à $95$ dB pendant trois heures d'affilée. Son frère affirme : « Tant que tu ne dépasses pas le seuil de douleur de $120$ dB, tu ne risques rien. » Quelle réponse est correcte ?

Un sifflet pour chien émet une vibration de fréquence $25000$ Hz. Karim affirme : « Comme l'oreille humaine entend de $20$ Hz à $20000$ Hz, ce sifflet est un ultrason : je ne l'entends pas, mais le chien si. » A-t-il raison ?

Au sonomètre et à l'oscilloscope, on relève deux sons. La voix de Yasmine : fréquence $400$ Hz, niveau $50$ dB. La voix de Karim : fréquence $120$ Hz, niveau $75$ dB. Quelle comparaison est correcte ?

Depuis le stade Mohammed-V à Casablanca, Amine voit au loin un éclair, puis entend le tonnerre $10$ secondes plus tard. On prend la vitesse du son dans l'air égale à $340$ m/s. À quelle distance, en mètres, se trouve l'orage ?

Karim crie face à une montagne et entend son écho revenir au bout de $2$ s. On prend la vitesse du son dans l'air égale à $340$ m/s. Il affirme : « La montagne est à $340$ m de moi, car le son a parcouru $340\times 2=680$ m, et $680$ correspond à la distance jusqu'à la montagne. » A-t-il raison ?

Un éclair frappe à $2$ km de Karim. Pour trouver le retard du tonnerre, il écrit directement $t={\displaystyle \frac{2}{340}}$ s avec $v=340$ m/s. Quelle est l'erreur ?

La vitesse du son dans l'air vaut $340$ m/s. Karim observe un orage depuis Ifrane. Au premier éclair, il compte $8$ s entre la lumière et le tonnerre ; au deuxième éclair, il ne compte plus que $5$ s. Que peux-tu en conclure, et à quelle distance se trouvait le premier éclair ?

Salma affirme : « Un son plus aigu est forcément plus fort qu'un son grave. » Cette affirmation est-elle correcte ?

La vitesse du son dans l'air vaut $340$ m/s. Amine crie face à une falaise et entend son écho revenir $4$ s plus tard. À quelle distance se trouve la falaise ?

Yasmine branche un microphone sur un oscilloscope et lit la période de la note jouée par son oud : $T=\mathrm{0,002}$ s. Calcule la fréquence $f$ de ce son, en hertz.

Un soir d'orage à Ifrane, Karim veut transformer son téléphone en télémètre. À chaque éclair, il déclenche le chronomètre et l'arrête au tonnerre. On prend la vitesse du son dans l'air égale à $340$ m/s.

1. Explique pourquoi Karim voit l'éclair avant d'entendre le tonnerre, alors que les deux naissent au même instant.
2. Au premier éclair, il mesure $t_1=7$ s. À quelle distance, en mètres, gronde l'orage ?
3. Au deuxième éclair, il mesure $t_2=3$ s. Calcule la nouvelle distance. L'orage se rapproche-t-il ou s'éloigne-t-il ?

Un capteur enregistre une vibration de période $T=\mathrm{0,00004}$ s. Calcule sa fréquence, puis dis si l'oreille humaine peut l'entendre, sachant qu'elle perçoit de $20$ Hz à $20000$ Hz.

La vitesse du son dans l'air vaut $340$ m/s. Depuis le fond des gradins du stade Mohammed-V, Amine se trouve à $\mathrm{3,4}$ km du tambour des supporters. Combien de temps, en secondes, le son du tambour met-il pour lui parvenir ?

Amine affirme : « Si une fusée explosait à la surface de la Lune, un astronaute placé à côté entendrait un énorme bruit. » Cette affirmation est-elle correcte ?

Yasmine enregistre trois cordes de son oud. La première a une période $T_1=\mathrm{0,004}$ s, la deuxième une fréquence $f_2=500$ Hz, la troisième une période $T_3=\mathrm{0,001}$ s. Classe ces trois sons du plus grave au plus aigu.

La vitesse du son dans l'air vaut $340$ m/s. Dans une vallée de l'Atlas, Karim pousse un cri et entend son écho revenir exactement $6$ s plus tard, renvoyé par une paroi rocheuse. À quelle distance, en mètres, se trouve cette paroi ?

Amine plonge la tête sous l'eau dans une piscine d'Agadir. À $1500$ m d'un point d'entrée, un ami tape un coup sec contre une coque de bateau. Le son voyage à la fois dans l'eau (à $1500$ m/s) et, pour une oreille restée à l'air libre, dans l'air (à $340$ m/s) sur cette même distance de $1500$ m.

1. Calcule la durée que met le son pour parcourir $1500$ m dans l'eau.
2. Calcule la durée que met le son pour parcourir $1500$ m dans l'air.
3. Combien de temps sépare les deux arrivées ? Lequel des deux sons arrive en premier, et pourquoi ?

Karim affirme : « Le son va aussi vite que la lumière. La preuve, quand je tape dans mes mains, je vois mes mains se toucher et j'entends le bruit en même temps. » Karim a-t-il raison ?

Yasmine observe à l'oscilloscope la vibration d'un petit appareil. Elle lit que la période vaut $T=\mathrm{0,002}$ s. Elle veut savoir si cet appareil émet un son audible pour l'oreille humaine (domaine $20$ Hz à $20000$ Hz). Quelle est la fréquence, et le son est-il audible ?

Salma surveille un orage depuis sa terrasse à Fès. On prend la vitesse du son dans l'air égale à $340$ m/s. Au premier éclair, elle compte $4$ s avant d'entendre le tonnerre. Un peu plus tard, à l'éclair suivant, elle compte $7$ s.

1. Calcule la distance de l'orage au premier éclair.
2. Calcule la distance au second éclair.
3. L'orage se rapproche-t-il ou s'éloigne-t-il ? Justifie en t'appuyant sur tes deux résultats.

Sur l'oscilloscope d'un labo à Casablanca, un son a un motif qui se répète exactement toutes les $\mathrm{0,002}$ s : sa période vaut $T=\mathrm{0,002}$ s. Calcule sa fréquence, en hertz.

Face à une falaise près d'Agadir, Amine pousse un cri et entend son écho revenir $\mathrm{0,5}$ s plus tard. On prend la vitesse du son dans l'air égale à $340$ m/s. À quelle distance se trouve la falaise, en mètres ?

Sur un même oscilloscope, deux sons sont enregistrés avec les mêmes réglages. Le son 1 a un motif qui se répète plus souvent (motifs serrés) et de faible hauteur sur l'écran. Le son 2 a un motif qui se répète moins souvent (motifs espacés) et de grande hauteur sur l'écran. Comment comparer ces deux sons ?

Un diapason émet un son de fréquence $f=250$ Hz. Calcule sa période, en secondes.

Au festival Mawazine à Rabat, Yasmine se place tout près des enceintes, où un sonomètre indique $110$ dB. Son amie Salma lui dit : « Tant qu'on n'a pas mal aux oreilles, il n'y a aucun risque, et de toute façon plus c'est fort, plus c'est aigu. »

Relève les deux erreurs dans la phrase de Salma et explique le risque réel.

Au large d'Essaouira, un bateau émet un son vers le fond marin. Le son se propage dans l'eau à environ $1500$ m/s. L'écho du fond revient au bateau $2$ s après l'émission. Quelle est la profondeur du fond, en mètres ?