Prérequis :

Intensité sonore I --> puissance sonore par unité de surface. Exprimée en W.m^-2

Niveau d'intensité sonore L --> Exprimé en décibel (dB) selon une échelle logarithmique

Période T -> plus petite durée au bout de laquelle la perturbation se répète en un point donné du milieu matériel

Longueur d'onde -> distance parcourue par l'onde pendant la durée T

Fréquence f -> nombre de répétitions de la perturbation par seconde : f en Hz =1/T en s

Relation entre période T et longueur d'onde et célérité v --> v en m/s = longueur d'onde en m/T

A savoir TP 1 (effet doppler) :

Dans le cas de sources lumineuse comme des étoiles, l'effet Doppler se traduit p r un déplacement des raies d'absorption du spectre.

v = vson x frap-fEl/frap+fEl avec vson = 340 m/s

frap : fréquence percue par un observateur fixe lors du rapprochement du véhicule

fEl : fréquence percue par un observateur fixe lors de l éloignement du véhicule

Questions TP1 Effet Doppler :

Qu'est ce que l'effet Doppler ?

C'est l'existence d'un décalage entre la fréquence fE d'une onde mécanique ou électromagnétique émise et la fréquence fR de l'onde recue lorsque la distance entre l'émetteur et le récepteur varie.

Quelle est la formule du décalage Doppler ? Quel est son signe ?

Δf = fR-fE

L'émetteur se rapproche du récepteur -> fR > fE donc Δf > 0

L'émetteur est immobile par rapport au récepteur -> fR=fE donc Δf = 0 pas d'effet Doppler

L'émetteur s'éloigne du récepteur -> fR < fE donc Δf < 0

A l'instant t=0, exprimer t1.

c = D/t1 donc t1 = D/c

L'émetteur avance, exprimer la distance d qu'a parcouru l'émetteur.

v = d/Te donc d = v x Te

Exprimer la distance que doit parcourir la 2ème onde pour parvenir au récepteur.

D-d = D - v x Te

Exprimer t2 où la 2ème onde parvient au récepteur.

t2 = Te + D-d/c = Te + D-v x Te/c

Exprimer la période Tr à laquelle le récepteur recoit les ondes.

Tr = t2 - t1 = Te + D-d x Te/c - D/c = Te - v xTe/c = Te(1-v/c) = Te (c-v/c)

Exprimer la fréquence fR à laquelle le récepteur recois les ondes.

fR = 1/Tr = 1/ Te(c-v/c) = fE(c/c-v)

Le son est il + ou - aigu que le son émis ?

c-v < c donc c/c-v > 1 donc fR > fE donc le son percu par le récepteur est + aigu que le son émis.

c-v > c donc c/c-v < 1 donc fR < fE donc le son percu par le récepteur est - aigu que le son émis.

Exprimer le décalage Doppler Δ.

Δf = fR - fE = fE(c/c-v) - fE = fE(c/c-v -1) = fE(c-(c-v)/c-v) = fE(v/c-v)

Si on considère qye la vitesse v est très inférieure à la célérité c que devient Δf ?

Si v << c alors Δf = fE (v/c)

Exprimer la formule de la fréquence fR si la source s'éloigne de l'observateur.

fR = fE(c/c+v)

Calculer la vitesse de déplacement.

Rapprochement :f Rap = 1/ Trap

Eloignement : fEl = 1/TEl

donc v = vson x fRap - fEl/ fRap + fEl avec vson = 340

A savoir TP 2 (Niveau d'intensité sonore et atténuation) :

L'intensité sonore est la puissance sonore délivrée par la source par unite de surface : I = P/S = P/4πR²

Le niveau d'intensité sonore L pour un son d'intensité sonore I vaut : L = 10 x log (I/I0)

avec I0 =  10^-12 W.m^-2 et il se mesure avec un sonomètre en décibel (dB)

L'atténuation géométrique dépend de la distance à la source sonore

L'absorption d'une onde sonore dépend de la nature des matériaux qu'elle doit traverser lors de sa propagation

Question TP 2 :

Quelles sont les unités ?

puissance sonore P : en W

la surface S : en m²

intensité sonore I en W.m^-2

A quoi correspond l'intensité sonore I0?

Elle correspond au seuil d'audition

Calculer le niveau d'intensité sonore correspondant à I0

L = 10 x log (I0/I0) = 10 x log1 = 0 dB

Montrer que si l'on double la distance séparant le récepteur sonore de la source, I est divisée par 4 et L baisse de 6 dB. Comment s'appelle cette baisse ?

On remplace R par 2R

I' = P/4π(2R)² = P/4π x 4R² = I/4 elle est donc divisée par 4

L' = 10 x log(I'/I0) = 10 x log(I/4/I0) = 10 x log(I/I0)-10 x log4 =L-6. Il baisse donc de 6

Cette baisse s'appelle l'atténuation L-L'

Calculer l'intensité sonore.

L = 10 x log(I/I0) -> L/10 = log(I/I0) donc I = I0 x 10^(L/10)

Donner des moyens de préserver son audition et préciser le type d'atténuation correspondant.

S'éloigner de la source sonore : atténuation géométrique

Mettre des bouchons d'oreille : atténuation par absorption

A savoir TP 3 (Interférences de deux ondes) :

Questions TP 3 :

I- Qu'est ce que le phénomène d'interférence ?

Quelles sont les conditions d'obtention d'interférences de deux ondes ?

Il faut que les ondes aient la meme longueur d'onde (donc fréquence) et un déphasage constant. Les sources créant ces deux ondes sont alors dites cohérentes ou synchrones.

Qu'est ce que la différence de marche δ entre deux ondes ?

C'est la différence de chemin parcouru par les deux ondes avant d'arriver en un meme point

Comment doivent etre les ondes pour obtenir des interférences constructives ?

Les ondes doivent etre en phase

Que peut on dire de l'amplitude résultante ? (constructives)

Les amplitudes de deux ondes s'ajoutent : l'onde résultante sera renforcé

Exprimer la différence de marche de deux ondes pour que leur superposition donne des interférences constructives. (constructives)

δ = k x λ avec k entier

Comment doivent etre les ondes pour obtenir des interférences destructives ?

Les ondes doivent être en opposition de phase.

Que peut on dire de l'amplitude résultante ? (destructives)

Les amplitudes des deux ondes s'annulent

Exprimer la différence de marche de deux ondes pour que leur superposition donne des interférences destructives. (destructives)

δ = (2k+1) x λ/2 -> résultat décimal

II- Interférences de deux ondes lumineuses

Dans le cas des fentes de Young, expliquer pourquoi les deux sources S1 et S2 sont cohérentes ?

Car elles sont issues de la meme source lumineuse initiale

Exprimer la différence de marche en fonction de S1M et S2M puis de S2S1.

δ = S2M - S1M = S2S1

Exprimer α en fonction de x et D (voir schéma Young)

Dans le triangle MOO', tanα = OM/OO' = x/D

Si l'angle α est petit alors tanα ≃ α donc α = x/D

Exprimer α en fonction de e et δ (voir schéma Young)

Dans le triangle S1S2S'1, sin α = S2S'1/S1S2 = δ/e

Si l'angle α est petit alors sin α ≃ α donc α = δ/e

Si D >> e, déterminer l'expression de la différence de marche δ.

Si D>>e, l'angle α est petit et x/D = δ/e

donc δ = x.e/D

Exprimer xk et xk+1 pouf deux franges brillantes consécutives.

xk = k x λ x D / e et xk+1 = (k+1) x λ x D / e

Exprimer l'expression de l'interfrange i

i = xk+1 - xk

A savoir TP 4 (Le phénomène d'interférences lumineuse) :