Chapitre 9 : Exercices - Le son et les signaux acoustiques

Chapitre 9 : Exercices - Le son et les signaux acoustiques

Exercice 1 : Propagation du son et exploration spatiale

Dans les films de science-fiction, les explosions de vaisseaux spatiaux au milieu de l’espace s’accompagnent souvent d’un immense bruit de détonation.

1. Rappeler les trois états physiques de la matière constituant un “milieu matériel”.
2. Expliquer, à l’aide du comportement microscopique des molécules, comment un signal sonore se propage dans l’air.
3. Pourquoi la représentation sonore des explosions dans l’espace est-elle scientifiquement fausse ? Justifier à l’aide d’une notion du cours.

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Exercice 2 : Calculs de distance et vitesse du son

Lors d’un orage, un éclair lumineux est aperçu par un observateur. Le son du tonnerre est entendu exactement $5\ \text{secondes}$ après la vision de l’éclair. On rappelle que la vitesse du son dans l’air est d’environ $340\ \text{m/s}$.

1. Convertir la formule de la vitesse moyenne $v = \frac{d}{t}$ pour exprimer la distance $d$ en fonction de $v$ et de $t$.
2. Calculer la distance (en mètres, puis en kilomètres) séparant l’observateur du lieu de l’impact de la foudre.
3. Le son voyage-t-il plus rapidement dans l’air ou dans l’eau d’une piscine ? Justifier en citant l’argument moléculaire du cours.

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Exercice 3 : Caractérisation physique des signaux acoustiques

Trois signaux acoustiques différents sont mesurés au laboratoire à l’aide d’un sonomètre et d’un système informatique :

• Signal A : Fréquence $f = 15\ \text{Hz}$, niveau sonore $N = 60\ \text{dB}$.
• Signal B : Fréquence $f = 440\ \text{Hz}$, niveau sonore $N = 95\ \text{dB}$.
• Signal C : Fréquence $f = 25\ 000\ \text{Hz}$, niveau sonore $N = 40\ \text{dB}$.

1. Indiquer quel signal (A, B ou C) correspond à un ultrason et lequel correspond à un infrason.
2. Le signal B est-il audible par une oreille humaine saine ? Justifier à l’aide du domaine d’audibilité humaine.
3. Pourquoi le signal B présente-t-il un danger pour la santé de l’observateur ? Citer le seuil de danger du cours et l’impact sur l’oreille interne.

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Exercice 4 : Un duo de flûtes au collège

Deux élèves jouent exactement la même note de musique (un La de fréquence $440\ \text{Hz}$) avec la même intensité dans la salle de classe. L’un utilise une flûte en plastique et l’autre une flûte en bois. Bien que la hauteur et le niveau sonore soient identiques, un auditeur reconnaît immédiatement quel instrument produit chaque son.

1. Définir le terme “hauteur” d’un son.
2. Quel paramètre de la perception d’un son permet à l’auditeur de différencier la flûte en bois de la flûte en plastique ?