Cours en ligne physique chimie en Première

Chapitres physique-chimie en Première

Exercices corrigés sur les ondes mécaniques en 1ère

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Résumé de cours Exercices et corrigés

Cours en ligne de physique en Première

Ces exercices corrigés de spécialité physique chimie sur les ondes mécaniques pourront vous aider à mieux comprendre les ondes mécaniques progressives et les ondes mécaniques périodiques. Vous pourrez mieux appréhender les exercices résolutions d’un problème épicentre, les ondes périodiques sinusoïdales.

Vous pouvez consulter d’autres exercices et corrigés de physique chimie en première sur notre site : exercices sur les outils de description d’un système chimique, exercice corrige sur l’évolution d’un système chimique ou encore un exercice sur les dosages colorimétriques, etc.

QCM sur les ondes mécaniques en 1ere

Question 1 :

La célérité d’une onde progressive est le rapport

a. de la durée de cette onde par sa longueur

b. de la longueur de l’onde par sa durée

c. du retard de l’onde entre deux points par la distance entre ces deux points

d. de la distance entre deux points par le retard de l’onde entre l’un et l’autre

Question 2 :

Une brève vibration de l’extrémité $A$ d’une corde tendue entre deux points $A$ et $B$ , de longueur $L=15~\mathrm{m}$ met $\Delta t=1,520~\mathrm{m\cdot ~s^{-1}}$ à faire l’aller-retour (elle rebondit en $B$ ).

La célérité de l’onde

a. n’est pas définie dans ce cas

b. vaut $c=0$ car la distance de $A$ à $A$ est nulle

c. vaut $c=20~\mathrm{m\cdot s^{-1}}$

d. vaut $c=0,050~\mathrm{m\cdot s^{-1}}$

Question 3 :

Une onde mécanique périodique de fréquence $f=7,0~\mathrm{Hz}$ se propage à la célérité $c=7,0~\mathrm{m\cdot s^{-1}}$

Sa longueur d’onde vaut

a. $\lambda=1,0~\mathrm{m}$

b. $\lambda=7,0~\mathrm{m}$

c. $\lambda=49~\mathrm{m}$

Corrigé du QCM de 1ère sur les ondes mécaniques

Question 1 :

Une célérité étant une vitesse de propagation, a et c sont nécessairement faux.

b est faux car la longueur d’une onde n’a pas de sens.

Seul d correspond à la définition.

Question 2 :

L’onde est progressive et parcourt

$d=2L=30~\mathrm{m}$ pendant $\Delta t$ .

On en déduit

$c=\dfrac{2L}{\Delta t}=20~\mathrm{m\cdot s^{-1}}$

Question 3 :

$\lambda=\dfrac{c}{f}=\dfrac{7}{7}$

donc $\lambda=1,0~\mathrm{m}$

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Exercices sur les ondes mécaniques en 1ère

Exercice sur épicentre (résolution de problème) en 1ere

Un séisme se déclenche en un point $E$ appelé épicentre.

Deux bases d’observation $A$ et $B$ sont situées sur un axe passant par $E$

On connaît la distance $L=AB=120~\mathrm{km}$ mais on ne connaît pas la position de $E$ , on ignore

même si $E$ se trouve entre $A$ et $B$ ou à gauche de $A$ , ou à droite de $B$ .

L’onde sismique observée a pour célérité $c=4,0~\mathrm{km\cdot s^{-1}}$

L’onde est détectée en $A$ entre 14h 17min 18s et 14h 17min 23s

Elle est détectée en B entre 14h 17min 28s et 14h 17min 33s.

Déterminer précisément la position de $E$ par rapport à $A$ et $B$ et les heures précises de début et de fin du séisme en $E$ .

Exercice sur l’onde périodique sinusoïdale en première

Une fonction périodique du temps $t$ de période $T$ a pour expression

$F(t)=Y\sin(2\pi f t)$

où $Y$ est l’amplitude, ou valeur maximale de $F$ .

Voici la vibration imposée à l’extrémité d’une corde horizontale, modélisée par l’altitude $y$ de l’extrémité $A$ de la corde.

La célérité de l’onde le long de la corde vaut $c=10~\mathrm{m\cdot s^{-1}}$

a. Déterminer la période $T$ , la fréquence $f$ et l’amplitude $Y$ de la vibration en $A$ .

b. En déduire la longueur d’onde $\lambda$

c. Exprimer la vibration en $A$ sous la forme d’une fonction

$y_A(t)$

d. Montrer qu’en un point $B$ situé à $L=30~\mathrm{cm}$ de $A$ , l’onde a la même expression qu’en $A$ en fonction du temps.

On rappelle que la fonction sinus est périodique de période $2\pi$ , c’est-à-dire que

$\sin(u)=\sin(u+2\pi)=\sin(u+4\pi)=\ldots$

e. Proposer une expression pour $y$ en fonction de $x$

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Corrigé des exercices sur les ondes mécaniques en 1ere

Corrigé de l’exercice sur épicentre (résolution de problème) en première

On peut d’abord affirmer que $E$ est entre $A$ et $B$

En effet, si $E$ était, par exemple, à gauche de $A$ , l’onde sismique arriverait d’abord en $A$ puis devrait parcourir $L=AB=$ 120 km pour arriver en $B$

Le retard de l’onde en $B$ par rapport à $A$ vaudrait donc

$\Delta t=\dfrac{L}{c}=30~\mathrm{s}$

Or le retard ne vaut que $10$ secondes.

Posons maintenant $x=AE$

On en déduit que $EB=L-x$

Le séisme débute à la date $t_0$ en $E$

Il commence donc à la date

$t_A=t_0+\dfrac{x}{c}$ en $A$

et à la date

$t_B=t_0+\dfrac{L-x}{c}$ en $B$

Le délai qui sépare ces deux dates vaut

(14h 17min 28s) – (14h 17min 18s)

soit $\tau=10$ secondes

On en déduit que

$t_B-t_A=\tau$ soit

$\dfrac{L-x}{c}-\dfrac{x}{c}=\tau$

soit $\dfrac{L-2x}{c}=\tau$

donc $L-2x=c\tau$

donc $x=\dfrac{L-c\tau}{2}=40~\mathrm{km}$

$E$ est donc situé à 40 km de $A$ et à 80 km de $B$

L’onde sismique dure 5 secondes (en $E$ comme en $A$ comme en $B$ )

Elle débute à $t_0=t_A-\dfrac{x}{c}$

Soit $t_0$ =14h 17min 18s – 10 s

Soit $t_0$ =14h 17min 8s

Et s’achève à $t_1$ =14h 17min 13s

Corrigé sur l’onde périodique sinusoïdale

a. On mesure sur le graphique la période $T=10~\mathrm{ms}$ et l’amplitude ou valeur maximale de $y$ , $Y=10~\mathrm{cm}$

On en déduit la fréquence $f=\dfrac{1}{T}=100~\mathrm{Hz}$

b. D’après la formule du cours

$\lambda=\dfrac{c}{f}=0,10~\mathrm{m}$

c. On a $AB=3\lambda$ donc, d’après le cours, les vibrations sont identiques en $A et en$ B $d. En utilisant la formule donnée par l'énoncé, on a$ y_A(t)=Y\sin(2\pi ft)