Terminale S Thème Observer Chap.1 Programme 2012

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Chapitre 1 : Ondes et particules

Introduction :

Exercice1 : activité p 20 du livre

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Exercice 2 :

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1) Rayonnement dans l’univers

Rappel 1èreS : Absorption émission de lumière par un atome (voir 1S chap.2 sources de lumière colorée) :

L’absorption et l’émission de lumière par un atome, ont été interprétées comme étant dues à l’absorption

ou à l’émission d’un photon dont l’énergie correspond à une transition (permise) entre 2 niveaux d’énergie

de l’atome. Il s’agissait là d’une description particulaire de la lumière dans laquelle ce sont des photons

qui se propagent.

Il a été question aussi des spectres de raies obtenus, et de la longueur d’onde des raies spectrales… Or

qui dit longueur d’onde dit onde. Ainsi la lumière peut aussi être décrite de manière ondulatoire. Ce qui se

propage est une onde électromagnétique (on dit aussi parfois un rayonnement) caractérisée par une

longueur d’onde dans le vide et une fréquence. (On a donc affaire à un phénomène périodique)

La longueur d’onde est par définition la distance parcourue par une l’onde en une période.

Dans le vide on a donc :

λ =

λ en mètres , ν en hertz (Hz) , T en seconde et c = 3. m/s

Le rayonnement électromagnétique se propage dans le vide et dans les milieux matériels avec

lesquels il interagit.

Le rayonnement peut être absorbé. Son interaction avec la matière peut aussi donner naissance a

des particules secondaires comme les muons (dont un détecteur est présenté pp 22-23) dont

nous reparlerons dans le chapitre traitant de la Relativité.

2) Manifestations des ondes mécaniques

Définitions : Une onde mécanique est une onde qui nécessite un milieu matériel pour se propager.

La propagation se fait sans transport de matière.(cas un peu particulier la houle).Ce qui se propage

c’est une « information » et de l’énergie.

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Exemples : ( voir document accompagnement)

La houle :C’est le transport d’énergie qui explique les dégâts que la houle peut provoquer… et donc le fait

qu’on la surveille. (Voir document Terminale S-Chap 1-OndesParticules-Document accompagnement)

Les ondes sismiques :On peut illustrer la partie ondes sismiques avec l’ex 2 pp 26-27

Les définitions et valeurs sont sur le Document accompagnement.

Exercice 3 :

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La magnitude d'un tremblement de terre : mesure l'énergie libérée au foyer d'un séisme. Plus

le séisme a libéré d'énergie, plus la magnitude est élevée. Il s'agit d'une échelle logarithmique,

c'est-à-dire qu'un accroissement de magnitude de 1 correspond à une multiplication par 30

de l'énergie et par 10 de l'amplitude du mouvement.

Les médias grand public l'indiquent souvent sur l'échelle de Richter ou sur l'échelle ouverte de

Richter. Ces terminologies sont impropres : l'échelle de Richter, stricto sensu, est une échelle

dépassée et uniquement adaptée aux tremblements de terre californiens. Les magnitudes

habituellement citées de nos jours sont en fait des magnitudes de moment (notées Mw).

Les ondes sonores :Tout tourne autour de la formule suivante :

Le niveau sonore L est une grandeur sans unité qui peut être calculée par :

L = 10.log

) L : niveau sonore en Décibel ( dB)

I en W/ et Io = W/ = intensité de référence

Exercice 4: Ondes captées par une station lors d’un séisme

Date Heure Lieu Latitude Longitude Profondeur Magnitude

13/01/2010 05 :02 :53 Haïti 18.39° -72.95° 10 km 5.6

Onde P (Primaire) : Onde de compression

Onde S (Secondaire) : Onde de cisaillement

Questions :

a) Quelles grandeurs sont portées en abscisse et en ordonnée sur les axes de l’enregistrement ?

b) D’après ces documents, l’énergie libérée reste-t-elle localisée au voisinage du foyer ?

c) Laquelle des deux ondes S ou P est la plus rapide ?

d) Par analogie avec la propagation de la lumière, décrire les phénomènes subis par les ondes

sismiques au cours de leur propagation.

e) Quelle distance de la structure du globe peut-on mesurer en exploitant le signal PcP ?

f) Quelle caractéristique de l’onde P faut-il au préalable connaître ?

3) Détections des ondes et particules

Voir le document d’accompagnement

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4) Exercice BAC N°1 : Mesure de la célérité du son dans l’eau :

Enoncé :

Pour déterminer la célérité des ondes ultrasonores dans l'eau en travaux pratiques, des élèves disposent des

émetteurs et récepteurs ultrasonores sur les parois d'un aquarium de longueur L= 55 cm à moitié rempli d'eau (Fig.

2). Émetteur et récepteur sont quasiment confondus : la propagation du son peut être considérée comme per-

pendiculaire à la paroi. Les salves d'ultrasons émises se réfléchissent sur la paroi opposée de l'aquarium et sont

détectées par les récepteurs branchés à une interface d'acquisition : le détecteur situé au-dessus de l'eau est

relié à la voie A, le détecteur immergé à la voie B. Le début de l'enregistrement est arbitraire et ne correspond pas

à l'émission de la salve. La vitesse du son dans l'air est vair = 340 m.s-1.

1. Choisir, parmi les termes suivants, celui (ceux) qui caractérise(nt) les ondes ultrasonores : progressives, transversales,

longitudinales, mécaniques, électromagnétiques.

2. Exprimer en fonction de L la distance parcourue par les ultrasons pour effectuer le trajet de l'émetteur au

récepteur.

3. L'enregistrement obtenu est représenté sur la Figure 3.

1. Que représente T ?

2. Sachant que les ultrasons se propagent plus vite dans l'eau que dans l'air, indiquer si la trace n° 2

correspond à la voie A ou la voie B.

3. Déterminer graphiquement T le plus précisément possible.

4. a ) La durée mise par le son pour aller de l'émetteur au récepteur dans l'air est nommée tair .Écrire la relation

entre L, tair et Vair.cde. 1

b) Établir de même la relation reliant teau, durée de propagation du son dans l'eau, à Veau, célérité du son

dans l'eau.

5. Quel lien y a-t-il entre T, tair et teau ? ALde. 1

6. Déduire des questions précédentes une expression de veau en fonction de grandeurs connues.

7. Vérifier que la valeur de veau ainsi obtenue est voisine de 1,5.103 m.s1. A

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Solution :

1. Les ondes ultrasonores sont des ondes mécaniques progressives longitudinales.

2. La distance parcourue par l'onde entre émission et réception est celle d'un aller-retour, donc vaut deux

fois la longueur de l'aquarium :2L = 55 x 2 =110 cm.

3. a) T est la durée séparant la réception du son par les deux récepteurs.

b) Le son va plus vite dans l'eau que dans l'air, donc le signal reçu en premier (trace n° 2) correspond au son

ayant voyagé dans l'eau (voie B).

c) La détermination graphique donne T =0,0025 s.

4. La relation reliant ces trois grandeurs est 2L = . De même pour l'eau : 2L = Veau. teau

5. Comme le son se propage moins vite dans l'air que dans l'eau, T =

6. D'après les trois questions précédentes :

7. Le calcul fournit :

i.de. 2

Exercice 5 : TS-Star 15 min

On considère les 3 stations d’enregistrement sismographiques A, B et C de la carte ci-dessous :

Elles enregistrent respectivement les 3 relevés sismographiques représentés ci- dessous.

On admettra qu’il propage les 2 types d’ondes sismiques dans le sol, les ondes P et les ondes S, qui ont

des célérités différentes.

1. Chaque relevé sismographique fait apparaitre 3 régimes. A quoi correspond chacun d’eux ?

2. Ecrire la distance d à laquelle se produit le séisme en fonction de Δt , intervalle de temps qui

sépare l’arrivée des ondes P et des ondes S, de vp et de vs. En déduire l’expression de d en

fonction de Δt, vp et vs.

3. Effectuer l’application numérique pour chacune des 3 stations

4. En utilisant un compas, positionner le séisme sur la carte

5. Ce séisme s’est-il produit en profondeur ou près de la surface ? Justifier.

6. A quelle heure ce séisme a-t-il eu lieu ?

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