QCM : Ondes mécaniques progressives (18 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Une onde mécanique progressive périodique se propage à célérité constante. Quelle relation relie sa célérité vv, sa longueur d’onde λ\lambda, sa période TT et sa fréquence ff ?

v=Tλ=fλv = \frac{T}{\lambda} = \frac{f}{\lambda}
v=λT=λfv = \frac{\lambda}{T} = \lambda f
v=λf=Tfv = \frac{\lambda}{f} = Tf
v=λT=fTv = \lambda T = \frac{f}{T}

$$v = \frac{\lambda}{T} = \lambda f$$

Explication

La célérité est la distance parcourue pendant une période, soit λ/T\lambda/T, et comme f=1/Tf=1/T, elle vaut aussi λf\lambda f. La relation utilisant T/λT/\lambda inverse longueur et durée et ne donne pas une célérité.

2. Pendant une période TT, quelle distance l’onde parcourt-elle ?

Une distance égale à sa période temporelle
Une distance égale à sa fréquence
Deux longueurs d’onde
Une longueur d’onde

Une longueur d’onde

Explication

La longueur d’onde correspond à la distance parcourue par l’onde pendant une période. La période est une durée, et non une distance que l’on pourrait assimiler directement au trajet.

3. Comment définit-on la période temporelle TT d’une onde ?

L’intervalle de temps séparant deux points du milieu en phase
Le temps nécessaire à l’onde pour parcourir une longueur d’onde divisée par deux
La plus petite distance entre deux points qui vibrent de la même manière
Le plus petit intervalle de temps au bout duquel l’onde se reproduit

Le plus petit intervalle de temps au bout duquel l’onde se reproduit

Explication

La période temporelle est le plus petit intervalle de temps après lequel l’onde se reproduit elle-même. La séparation minimale entre deux points en phase est une distance et définit la longueur d’onde.

4. Dans une onde, que représente la longueur d’onde λ\lambda ?

La distance parcourue par un point du milieu pendant une période
Le plus petit intervalle de temps après lequel l’onde se répète
La plus petite distance entre deux points qui vibrent en phase
La distance entre deux points qui vibrent en opposition de phase

La plus petite distance entre deux points qui vibrent en phase

Explication

La longueur d’onde est la plus petite distance séparant deux points qui vibrent en phase, c’est-à-dire de la même manière au même moment. Le plus petit intervalle de temps de répétition décrit la période temporelle, et non une distance.

5. Quelle expression peut représenter un signal sinusoïdal d’amplitude AA, de période TT et de phase à l’origine φ\varphi ?

s(t)=Asin⁡(2πTt+φ)s(t)=A\sin\left(\frac{2\pi}{T}t+\varphi\right)
s(t)=Acos⁡(2πTt+φ)s(t)=A\cos\left(\frac{2\pi}{T}t+\varphi\right)
s(t)=Asin⁡(T2πt+φ)s(t)=A\sin\left(\frac{T}{2\pi}t+\varphi\right)
s(t)=Asin⁡(2πTt+φ)s(t)=A\sin\left(2\pi Tt+\varphi\right)

$$s(t)=A\sin\left(\frac{2\pi}{T}t+\varphi\right)$$

Explication

Un signal sinusoïdal s’écrit avec l’argument 2πTt+φ\frac{2\pi}{T}t+\varphi, ou de façon équivalente avec 2πft+φ2\pi ft+\varphi. L’expression avec 2πTt2\pi Tt multiplie le temps par la période au lieu d’utiliser la fréquence.

6. Dans l’expression d’un signal sinusoïdal, quelles grandeurs sont représentées par AA, TT et φ\varphi ?

La phase à l’origine, la fréquence en hertz et l’amplitude
L’amplitude, la période en secondes et la phase à l’origine en radians
La période en radians, l’amplitude et la fréquence en secondes
La fréquence, la longueur d’onde et la phase à l’origine en secondes

L’amplitude, la période en secondes et la phase à l’origine en radians

Explication

Dans l’expression du signal, AA est l’amplitude, TT la période exprimée en secondes et φ\varphi la phase à l’origine exprimée en radians. La fréquence et la longueur d’onde ne sont pas les grandeurs associées à ces trois symboles.

7. Qu’est-ce qu’une onde mécanique sinusoïdale ?

La propagation d’une perturbation mécanique sinusoïdale
La vibration sinusoïdale d’un point sans propagation de perturbation
La répétition temporelle d’un signal sinusoïdal sans transmission dans un milieu
La propagation d’une perturbation périodique nécessairement non mécanique

La propagation d’une perturbation mécanique sinusoïdale

Explication

Une onde mécanique sinusoïdale est la propagation d’une perturbation mécanique dont l’évolution est sinusoïdale. Une vibration sans propagation décrit un mouvement local, pas une onde qui se transmet.

8. Un signal se reproduit à l’identique à intervalles de temps réguliers. Comment le qualifie-t-on ?

Un signal transitoire
Un signal aléatoire
Un signal amorti
Un signal périodique

Un signal périodique

Explication

Un signal périodique répète le même motif à intervalles de temps réguliers. Un signal transitoire décrit plutôt un phénomène qui ne se répète pas régulièrement.

9. Quelle grandeur correspond à la durée du plus petit motif qui se répète dans un phénomène périodique, et quelle est son unité ?

La fréquence, exprimée en hertz
La célérité, exprimée en mètres par seconde
La période, exprimée en secondes
L’élongation, exprimée en mètres

La période, exprimée en secondes

Explication

La période est le plus petit intervalle de temps au bout duquel le phénomène se reproduit, et elle s’exprime en secondes. La fréquence compte plutôt les répétitions par seconde et s’exprime en hertz.

10. Un phénomène se reproduit 12 fois en une seconde. Quelle grandeur vaut 12 répétitions par seconde ?

Sa fréquence
Sa durée de propagation
Son amplitude
Sa période

Sa fréquence

Explication

La fréquence correspond au nombre de fois où le phénomène se reproduit en une seconde. La période indique la durée d’un motif, et non un nombre de répétitions par seconde.

11. Un phénomène périodique a une période de 0,25 s0{,}25\,\text{s}. Quelle est sa fréquence ?

2 Hz2\,\text{Hz}
8 Hz8\,\text{Hz}
4 Hz4\,\text{Hz}
0,25 Hz0{,}25\,\text{Hz}

$$4\,\text{Hz}$$

Explication

La fréquence est l’inverse de la période : f=10,25 s=4 Hzf=\frac{1}{0{,}25\,\text{s}}=4\,\text{Hz}. Une fréquence de 0,25 Hz0{,}25\,\text{Hz} confond la valeur de la période avec son inverse.

12. Une onde parcourt une distance de 30 m30\,\text{m} en 5 s5\,\text{s}. Quelle est sa célérité ?

6 m s−16\,\text{m}\,\text{s}^{-1}
25 m s−125\,\text{m}\,\text{s}^{-1}
16 m s−1\frac{1}{6}\,\text{m}\,\text{s}^{-1}
150 m s−1150\,\text{m}\,\text{s}^{-1}

$$6\,\text{m}\,\text{s}^{-1}$$

Explication

La célérité se calcule en divisant la distance parcourue par la durée, soit v=305=6 m s−1v=\frac{30}{5}=6\,\text{m}\,\text{s}^{-1}. Multiplier la distance par la durée ne donne pas une célérité.

13. Deux points sont séparés de 18 m18\,\text{m} et l’onde se propage à 6 m s−16\,\text{m}\,\text{s}^{-1}. Quel est le retard entre leurs mouvements ?

13 s\frac{1}{3}\,\text{s}
3 s3\,\text{s}
108 s108\,\text{s}
12 s12\,\text{s}

$$3\,\text{s}$$

Explication

Le retard est le temps nécessaire à l’onde pour parcourir la distance entre les points : τ=dv=186=3 s\tau=\frac{d}{v}=\frac{18}{6}=3\,\text{s}. Le produit de la distance et de la célérité ne correspond pas à une durée.

14. Lors du passage d’une onde, un point s’écarte de sa position au repos. Que désigne l’élongation de ce point ?

L’écart entre sa position au passage de l’onde et sa position au repos
La distance parcourue par l’onde depuis sa source
Le temps écoulé depuis le début de la propagation
La vitesse à laquelle le point revient à sa position au repos

L’écart entre sa position au passage de l’onde et sa position au repos

Explication

L’élongation est l’écart entre la position du point au repos et sa position lorsque l’onde passe. La distance parcourue par l’onde décrit sa propagation, pas le déplacement du point par rapport au repos.

15. Une déformation affecte une petite région d’un matériau pendant un temps limité, puis disparaît. Comment la définit-on ?

Une perturbation mécanique
Une propagation longitudinale
Une vibration permanente
Une onde périodique

Une perturbation mécanique

Explication

Une perturbation mécanique est une déformation temporaire et locale de la matière. Une onde périodique correspond plutôt à une perturbation qui se reproduit régulièrement.

16. Une perturbation se propage dans un milieu sans déplacer globalement sa matière, tout en transmettant de l’énergie. De quoi s’agit-il ?

D’une oscillation locale sans propagation
D’une onde progressive
D’une déformation statique
D’un transport de matière

D’une onde progressive

Explication

Une onde progressive est la propagation d’une perturbation sans transport de matière, mais avec transport d’énergie. Une oscillation locale sans propagation ne transmet pas la perturbation d’un point à l’autre.

17. Une onde ne peut se propager qu’en présence d’un milieu matériel. Comment la classe-t-on ?

Comme une onde périodique
Comme une onde stationnaire
Comme une onde mécanique
Comme une onde électromagnétique

Comme une onde mécanique

Explication

Une onde qui nécessite un milieu matériel pour se propager est une onde mécanique. Une onde électromagnétique peut, elle, se propager sans milieu matériel.

18. La perturbation d’une onde est parallèle à sa direction de propagation. De quel type d’onde s’agit-il ?

D’une onde stationnaire
D’une onde longitudinale
D’une onde circulaire
D’une onde transversale

D’une onde longitudinale

Explication

Dans une onde longitudinale, la perturbation est parallèle à la direction de propagation. Dans une onde transversale, elle lui est perpendiculaire.

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Quelle relation lie la célérité, la longueur d’onde et la période d’une onde périodique ?

v=λTv = \frac{\lambda}{T}

Quelle relation lie la célérité, la longueur d’onde et la fréquence d’une onde périodique ?

v=λfv = \lambda f

Que représente la longueur d’onde ?

La distance parcourue par l’onde pendant une période.

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