QCM : Ondes mécaniques périodiques — 17 questions

Questions et réponses du QCM

1. Que transporte une onde mécanique progressive lors de sa propagation dans un milieu matériel ?

Une déformation permanente du milieu matériel
De l’énergie sans transport global de matière
De l’énergie et de la matière sur toute sa trajectoire
De la matière sans transfert d’énergie

De l’énergie sans transport global de matière

Explication

Une onde mécanique progressive transmet une perturbation de proche en proche et transporte de l’énergie, sans déplacement global de matière. Une déformation permanente ne caractérise pas la propagation ondulatoire, car les éléments du milieu oscillent autour de leur position d’équilibre.

2. Quelle propriété distingue la lumière d’une onde mécanique ?

La lumière peut se propager dans le vide
La lumière exige un milieu matériel pour se propager
La lumière ne peut pas transporter d’énergie
La lumière transporte de la matière dans le vide

La lumière peut se propager dans le vide

Explication

La lumière est une onde électromagnétique, elle peut donc se propager dans le vide. Une onde mécanique, comme le son, nécessite au contraire un milieu matériel pour transmettre la perturbation.

3. Une onde se propage vers l’est tandis que les éléments du milieu oscillent d’est en ouest : comment cette onde est-elle qualifiée ?

Elle est longitudinale
Elle est transversale
Elle est électromagnétique
Elle est stationnaire

Elle est longitudinale

Explication

Une onde est longitudinale lorsque la déformation du milieu est parallèle à la direction de propagation. Le mouvement décrit est donc parallèle à la propagation, et non perpendiculaire comme pour une onde transversale.

4. Comment reconnaît-on une onde transversale ?

La déformation reste fixe dans le milieu
La déformation disparaît avant de se propager
La déformation est parallèle à la propagation
La déformation est perpendiculaire à la propagation

La déformation est perpendiculaire à la propagation

Explication

Une onde transversale se définit par une déformation perpendiculaire à la direction de propagation. Une déformation parallèle correspond à une onde longitudinale, qui constitue la confusion la plus fréquente.

5. Quelle est la célérité du son dans l’air à 15 °C ?

331 m⋅s−1331\ \mathrm{m\cdot s^{-1}}
340 m⋅s−1340\ \mathrm{m\cdot s^{-1}}
1480 m⋅s−11480\ \mathrm{m\cdot s^{-1}}
350 m⋅s−1350\ \mathrm{m\cdot s^{-1}}

$$340\ \mathrm{m\cdot s^{-1}}$$

Explication

Dans l’air à 15 °C, la célérité sonore vaut 340 m⋅s−1340\ \mathrm{m\cdot s^{-1}}. La valeur 331 m⋅s−1331\ \mathrm{m\cdot s^{-1}} correspond à l’air à 0 °C, tandis que 350 m⋅s−1350\ \mathrm{m\cdot s^{-1}} correspond à 30 °C.

6. Pourquoi emploie-t-on de préférence le terme « célérité » plutôt que « vitesse » pour décrire une onde ?

Parce que la célérité mesure la déformation perpendiculaire du milieu
Parce qu’une onde déplace globalement la matière avec une énergie constante
Parce qu’une onde transporte de l’énergie sans déplacer globalement la matière
Parce que la vitesse concerne uniquement les ondes électromagnétiques

Parce qu’une onde transporte de l’énergie sans déplacer globalement la matière

Explication

Le terme « célérité » souligne qu’une onde transmet de l’énergie sans déplacement global de matière. Dire qu’une onde déplace globalement la matière confond le mouvement local des éléments du milieu avec un transport matériel.

7. Que représente le retard entre deux points A et B d’un milieu traversé par une onde ?

La durée nécessaire pour que l’onde revienne vers sa source
La durée entre l’arrivée de l’onde en A et son arrivée en B
La distance parcourue par l’onde pendant une seconde
La différence entre la célérité et la distance AB

La durée entre l’arrivée de l’onde en A et son arrivée en B

Explication

Le retard est la durée qui sépare les arrivées de l’onde en A et en B, et s’écrit τ=t2−t1\tau=t_2-t_1. Il ne désigne pas une distance parcourue par unité de temps, qui correspond à la célérité.

8. Deux points sont séparés de 12 m12\ \mathrm{m} et une onde s’y propage avec une célérité de 4,0 m⋅s−14,0\ \mathrm{m\cdot s^{-1}} : quel est le retard entre leurs arrivées ?

16 s16\ \mathrm{s}
3,0 s3,0\ \mathrm{s}
48 s48\ \mathrm{s}
0,33 s0,33\ \mathrm{s}

$$3,0\ \mathrm{s}$$

Explication

Le retard se calcule avec τ=ABc\tau=\frac{AB}{c}, donc τ=124,0=3,0 s\tau=\frac{12}{4,0}=3,0\ \mathrm{s}. La multiplication de la distance par la célérité ne donne pas une durée et conduit à une unité incorrecte.

9. Lors d’une mesure sonar, pourquoi faut-il prendre en compte deux fois la profondeur du fond marin ?

L’onde parcourt la profondeur puis reste immobile au fond
L’onde revient vers le récepteur avant d’atteindre le fond
L’onde va jusqu’au fond puis revient vers le récepteur
L’onde se propage simultanément vers deux fonds différents

L’onde va jusqu’au fond puis revient vers le récepteur

Explication

Le signal sonar effectue un aller jusqu’au fond marin, où il se réfléchit, puis un retour vers le récepteur : la distance parcourue vaut donc deux fois la profondeur. Considérer un seul trajet sous-estimerait la distance réellement parcourue par l’onde.

10. Quelle grandeur correspond à la plus petite distance séparant deux points d’un milieu dans le même état vibratoire à un instant donné ?

La célérité, exprimée en mètres par seconde
La longueur d’onde, exprimée en mètres
La fréquence, exprimée en hertz
La période, exprimée en secondes

La longueur d’onde, exprimée en mètres

Explication

La longueur d’onde est une distance spatiale entre deux points vibrant de manière identique, et elle se mesure en mètres. La période décrit au contraire une durée de répétition en un point donné.

11. Un point du milieu retrouve son état vibratoire initial après une durée minimale de 0,25 s0{,}25\ \text{s}. Quelle grandeur cette durée représente-t-elle ?

La célérité de l’onde
La longueur d’onde de l’onde
La fréquence de l’onde
La période temporelle de l’onde

La période temporelle de l’onde

Explication

La période est la plus petite durée au bout de laquelle la perturbation se répète à l’identique en un point. La longueur d’onde serait une distance séparant deux points du milieu.

12. Une vibration se répète 120120 fois en une seconde. Quelle est sa fréquence ?

1120 Hz\frac{1}{120}\ \text{Hz}
120 Hz120\ \text{Hz}
120 s120\ \text{s}
120 m120\ \text{m}

$$120\ \text{Hz}$$

Explication

La fréquence compte le nombre de répétitions par seconde et s’exprime en hertz ; ici elle vaut donc 120 Hz120\ \text{Hz}. Une durée en secondes ou une distance en mètres ne mesure pas cette grandeur.

13. Une onde a une période de 0,020 s0{,}020\ \text{s}. Quelle est sa fréquence ?

0,05 Hz0{,}05\ \text{Hz}
0,020 Hz0{,}020\ \text{Hz}
20 Hz20\ \text{Hz}
50 Hz50\ \text{Hz}

$$50\ \text{Hz}$$

Explication

La relation f=1Tf=\frac{1}{T} donne ici f=10,020=50 Hzf=\frac{1}{0{,}020}=50\ \text{Hz}. La valeur 0,020 Hz0{,}020\ \text{Hz} reprend la période sans appliquer l’inversion nécessaire.

14. Une onde possède une longueur d’onde de 2,0 m2{,}0\ \text{m} et une période de 0,50 s0{,}50\ \text{s}. Quelle est sa célérité ?

0,25 m⋅s−10{,}25\ \text{m·s}^{-1}
4,0 m⋅s−14{,}0\ \text{m·s}^{-1}
2,5 m⋅s−12{,}5\ \text{m·s}^{-1}
1,0 m⋅s−11{,}0\ \text{m·s}^{-1}

$$4{,}0\ \text{m·s}^{-1}$$

Explication

Pendant une période, l’onde parcourt une longueur d’onde, donc c=λT=2,00,50=4,0 m⋅s−1c=\frac{\lambda}{T}=\frac{2{,}0}{0{,}50}=4{,}0\ \text{m·s}^{-1}. Multiplier la longueur d’onde par la période ne donne pas la célérité.

15. Une onde se propage à 30 m⋅s−130\ \text{m·s}^{-1} avec une longueur d’onde de 6,0 m6{,}0\ \text{m}. Quelle est sa fréquence ?

36 Hz36\ \text{Hz}
180 Hz180\ \text{Hz}
5,0 Hz5{,}0\ \text{Hz}
0,20 Hz0{,}20\ \text{Hz}

$$5{,}0\ \text{Hz}$$

Explication

La relation f=cλf=\frac{c}{\lambda} donne f=306,0=5,0 Hzf=\frac{30}{6{,}0}=5{,}0\ \text{Hz}. Le produit cλc\lambda ne correspond pas à la fréquence dans cette relation.

16. À quelle condition une onde est-elle qualifiée de sinusoïdale ?

L’élongation de chaque point varie sinusoïdalement avec le temps
La perturbation se propage perpendiculairement au déplacement du milieu
La longueur d’onde est égale à la période temporelle de l’onde
La célérité de l’onde reste identique en chaque point du milieu

L’élongation de chaque point varie sinusoïdalement avec le temps

Explication

Une onde est sinusoïdale lorsque l’élongation de tout point du milieu est une fonction sinusoïdale du temps. La direction de la perturbation par rapport à la propagation caractérise plutôt le type transversal ou longitudinal.

17. Dans le modèle h(t)=4cos⁡(3t+4)h(t)=4\cos(3t+4) de la hauteur d’un bateau, que représente le coefficient 44 ?

L’amplitude de la variation de hauteur
La fréquence de la variation de hauteur
La phase initiale de la variation de hauteur
La période de la variation de hauteur

L’amplitude de la variation de hauteur

Explication

Dans ce modèle, le coefficient placé devant le cosinus fixe l’élongation maximale, donc l’amplitude de la variation de hauteur. Le nombre 33 intervient dans le rythme temporel, tandis que le terme constant 44 à l’intérieur du cosinus correspond à la phase.

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Qu'est-ce qu'une onde mécanique progressive ?

C'est la propagation d'une perturbation avec transport d'énergie sans transport global de matière.

Comment se propage une onde mécanique progressive dans un milieu ?

Elle se propage de proche en proche dans le milieu matériel.

Quelle différence principale existe entre lumière et onde mécanique ?

La lumière peut se propager dans le vide, les ondes mécaniques non.

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