QCM : Ondes mécaniques progressives — 18 questions

Questions et réponses du QCM

1. Que décrit une onde mécanique progressive dans un milieu matériel ?

La transmission d’un objet matériel sans interaction entre les parties du milieu
La propagation de proche en proche d’une perturbation grâce aux interactions du milieu
La création simultanée d’une perturbation identique dans toutes les parties du milieu
Le déplacement continu de matière depuis la source vers chaque point atteint

La propagation de proche en proche d’une perturbation grâce aux interactions du milieu

Explication

Une onde mécanique progressive correspond à la propagation locale d’une perturbation grâce aux interactions entre les différentes parties d’un milieu matériel. Le milieu transmet la perturbation par interactions, plutôt que de faire voyager globalement sa matière.

2. Que représente la longueur d’onde d’une onde progressive ?

La plus petite distance entre deux points en phase au même instant
La distance parcourue par la source pendant une période
La distance entre la source et le premier point atteint
La plus petite durée entre deux états identiques d’un point

La plus petite distance entre deux points en phase au même instant

Explication

La longueur d’onde λ\lambda est la distance séparant, dans la direction de propagation, deux points qui vibrent en phase au même instant. Une durée entre deux états identiques correspond à la période temporelle.

3. Deux points A et B sont séparés de 14 m14\ \text{m}, et la perturbation met 2,0 s2,0\ \text{s} pour aller de A à B. Quelle relation permet de calculer la célérité ?

vonde=2,014=0,14 m s−1v_{\mathrm{onde}}=\frac{2,0}{14}=0,14\ \text{m}\,\text{s}^{-1}
vonde=14×2,0=28 m s−1v_{\mathrm{onde}}=14\times2,0=28\ \text{m}\,\text{s}^{-1}
vonde=14+2,0=16 m s−1v_{\mathrm{onde}}=14+2,0=16\ \text{m}\,\text{s}^{-1}
vonde=142,0=7,0 m s−1v_{\mathrm{onde}}=\frac{14}{2,0}=7,0\ \text{m}\,\text{s}^{-1}

$$v_{\mathrm{onde}}=\frac{14}{2,0}=7,0\ \text{m}\,\text{s}^{-1}$$

Explication

Lorsque la perturbation parcourt AB pendant le retard, la célérité vérifie vonde=ABτv_{\mathrm{onde}}=\frac{AB}{\tau}, donc vonde=142,0=7,0 m s−1v_{\mathrm{onde}}=\frac{14}{2,0}=7,0\ \text{m}\,\text{s}^{-1}. Le rapport inverse exprime une durée par distance et non une célérité.

4. Un signal a une période de 0,020 s0,020\ \mathrm{s}. Quelle est sa fréquence ?

0,050 Hz0,050\ \mathrm{Hz}
50 Hz50\ \mathrm{Hz}
200 Hz200\ \mathrm{Hz}
20 Hz20\ \mathrm{Hz}

$$50\ \mathrm{Hz}$$

Explication

La relation f=1Tf=\frac{1}{T} donne ici f=10,020=50 Hzf=\frac{1}{0,020}=50\ \mathrm{Hz}. La période est une durée, tandis que la fréquence est son inverse et s’exprime en hertz.

5. Une perturbation parcourt une distance de 120 m120\ \text{m} en 6,0 s6,0\ \text{s} dans un milieu homogène. Quelle est sa célérité ?

0,050 m s−10,050\ \text{m}\,\text{s}^{-1}
126 m s−1126\ \text{m}\,\text{s}^{-1}
720 m s−1720\ \text{m}\,\text{s}^{-1}
20 m s−120\ \text{m}\,\text{s}^{-1}

$$20\ \text{m}\,\text{s}^{-1}$$

Explication

Dans un milieu homogène, on utilise vonde=dΔtv_{\mathrm{onde}}=\frac{d}{\Delta t}, soit vonde=1206,0=20 m s−1v_{\mathrm{onde}}=\frac{120}{6,0}=20\ \text{m}\,\text{s}^{-1}. La division par la distance ou la multiplication des deux grandeurs ne donnent pas une célérité.

6. Une perturbation se déplace perpendiculairement à la direction de propagation de l’onde : de quel type d’onde s’agit-il ?

D’une onde sonore dans un fluide
D’une onde transversale
D’une onde longitudinale
D’une onde de compression dans un ressort

D’une onde transversale

Explication

Dans une onde transversale, la perturbation est perpendiculaire à la direction de propagation. Une onde longitudinale présente au contraire une perturbation parallèle à cette direction, comme dans les compressions d’un ressort.

7. Quelle relation relie la longueur d’onde, la célérité et la fréquence d’une onde progressive périodique ?

vonde=fλv_{\mathrm{onde}}=\frac{f}{\lambda}
vonde=λ+fv_{\mathrm{onde}}=\lambda+f
vonde=λfv_{\mathrm{onde}}=\frac{\lambda}{f}
vonde=λ×fv_{\mathrm{onde}}=\lambda\times f

$$v_{\mathrm{onde}}=\lambda\times f$$

Explication

Pour une onde progressive périodique, la célérité vérifie vonde=λ×fv_{\mathrm{onde}}=\lambda\times f. La relation λf\frac{\lambda}{f} ne donne pas une célérité et les grandeurs ne s’additionnent pas.

8. Quelle grandeur suit-on localement pour décrire l’évolution d’une onde ?

La durée nécessaire pour que la perturbation atteigne le milieu voisin
La distance totale parcourue par la perturbation depuis son émission
La grandeur physique perturbée, telle qu’un déplacement ou une pression
La masse totale déplacée par les constituants du milieu matériel

La grandeur physique perturbée, telle qu’un déplacement ou une pression

Explication

La grandeur perturbée est la grandeur physique locale dont on observe l’évolution, par exemple un déplacement ou une variation de pression. La distance, la durée et la masse ne définissent pas la grandeur locale suivie pour décrire l’onde.

9. Quelle grandeur correspond à la plus petite durée au bout de laquelle un signal périodique se reproduit identiquement ?

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

La période, exprimée en seconde

Explication

La période TT est la plus petite durée de répétition d’un signal et s’exprime en seconde. La fréquence indique plutôt le nombre de périodes par seconde et se mesure en hertz.

10. Quand une onde mécanique progressive périodique est-elle dite sinusoïdale ?

Lorsque sa célérité varie sinusoïdalement selon la distance parcourue
Lorsque l’élongation de la source varie sinusoïdalement avec le temps
Lorsque sa longueur d’onde augmente sinusoïdalement dans le milieu
Lorsque chaque point atteint la même position au même instant

Lorsque l’élongation de la source varie sinusoïdalement avec le temps

Explication

Une onde est sinusoïdale lorsque l’élongation de sa source suit une variation sinusoïdale au cours du temps. Une variation de célérité ou de longueur d’onde ne constitue pas le critère de définition.

11. Que représente la célérité d’une onde mécanique ?

La vitesse de retour des particules vers leur position d’équilibre
La vitesse de propagation de l’onde dans son milieu
La distance parcourue par chaque particule pendant la perturbation
La vitesse de déplacement local des particules du milieu

La vitesse de propagation de l’onde dans son milieu

Explication

La célérité est la vitesse à laquelle la perturbation se propage dans le milieu, et elle dépend notamment de la nature de l’onde et des propriétés du milieu. Elle ne correspond pas à la vitesse de déplacement local des particules.

12. Comment définit-on l’élongation d’un point du milieu à un instant donné ?

La valeur maximale atteinte par la grandeur locale pendant la propagation
L’écart algébrique entre la grandeur locale et sa valeur d’équilibre
La durée séparant l’arrivée de la perturbation en deux points du milieu
La distance séparant le point observé de la source de la perturbation

L’écart algébrique entre la grandeur locale et sa valeur d’équilibre

Explication

L’élongation est l’écart algébrique entre la valeur instantanée d’une grandeur locale et sa valeur à l’équilibre. La valeur maximale de cet écart correspond à l’amplitude, et non à l’élongation à chaque instant.

13. Lorsqu’une onde passe dans un autre milieu, quelle grandeur reste imposée par la source ?

La longueur d’onde, tandis que la fréquence et la célérité peuvent changer
La période spatiale, tandis que la fréquence et la célérité restent inchangées
La célérité, tandis que la fréquence et la longueur d’onde peuvent changer
La fréquence, tandis que la célérité et la longueur d’onde peuvent changer

La fréquence, tandis que la célérité et la longueur d’onde peuvent changer

Explication

La source impose la fréquence et la période, qui restent constantes lors du changement de milieu. La célérité peut varier, et la longueur d’onde s’adapte alors selon λ=vondef\lambda=\frac{v_{\mathrm{onde}}}{f}.

14. Quelle caractéristique permet de reconnaître une onde périodique ?

La perturbation se reproduit identiquement à intervalles de temps réguliers
La perturbation atteint simultanément tous les points du milieu
La perturbation conserve une amplitude identique en tout point
La perturbation se propage à vitesse constante dans tous les milieux

La perturbation se reproduit identiquement à intervalles de temps réguliers

Explication

Une onde est périodique lorsque son évolution se reproduit de manière identique après des intervalles de temps réguliers. La constance de la vitesse ou de l’amplitude ne suffit pas à définir la périodicité.

15. Quelle propriété distingue l’amplitude de l’élongation lors de la description d’une onde ?

L’amplitude est l’écart instantané signé de la grandeur à l’équilibre
L’amplitude est la valeur maximale absolue de l’élongation
L’amplitude est la durée d’une oscillation autour de l’équilibre
L’amplitude est la distance parcourue par la perturbation dans le milieu

L’amplitude est la valeur maximale absolue de l’élongation

Explication

L’amplitude représente la valeur maximale, en valeur absolue, de l’élongation par rapport à l’équilibre. L’écart instantané signé peut varier au cours du temps et correspond alors à l’élongation.

16. Quelle démarche est la plus fiable pour déterminer une grandeur à partir d’un graphique périodique ?

Repérer le maximum, l’associer à une période et appliquer une formule sans conversion
Mesurer l’amplitude, la multiplier par la durée totale et négliger l’ordre de grandeur
Identifier l’axe pertinent, repérer des états identiques, mesurer plusieurs motifs et vérifier les unités
Lire une seule distance visible, puis conserver directement l’unité inscrite sur l’axe

Identifier l’axe pertinent, repérer des états identiques, mesurer plusieurs motifs et vérifier les unités

Explication

La lecture d’un graphique périodique exige d’identifier l’axe, de repérer des points dans le même état vibratoire, de mesurer plusieurs motifs et de convertir les unités. Une mesure unique ou l’amplitude ne permet pas nécessairement d’obtenir la période ou la longueur d’onde recherchée.

17. Le même front de perturbation arrive au point A à 2,0 s2,0\ \text{s} puis au point B à 5,5 s5,5\ \text{s}. Quel est le retard du point B par rapport au point A ?

−3,5 s-3,5\ \text{s}
7,5 s7,5\ \text{s}
0,36 s0,36\ \text{s}
3,5 s3,5\ \text{s}

$$3,5\ \text{s}$$

Explication

Le retard de B par rapport à A se calcule par τ=tB−tA=5,5−2,0=3,5 s\tau=t_B-t_A=5,5-2,0=3,5\ \text{s}. L’ordre des points est essentiel : soustraire tBt_B à tAt_A correspondrait au retard de A par rapport à B.

18. Lorsqu’une onde mécanique se propage sur un milieu, quel phénomène caractérise principalement son transport ?

Elle transporte de l’énergie sans transport global de matière
Elle immobilise les constituants du milieu autour de leur position d’équilibre
Elle transporte de la matière sans transmettre d’énergie aux points voisins
Elle entraîne les constituants du milieu à la même vitesse que l’onde

Elle transporte de l’énergie sans transport global de matière

Explication

Une onde mécanique transmet de l’énergie, tandis que les constituants du milieu sont déplacés localement puis reviennent généralement vers leur position d’équilibre. Le mouvement local des particules ne constitue donc pas un transport global de matière.

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

C'est la propagation d'une perturbation dans un milieu matériel par interactions locales.

Que transporte une onde mécanique sans déplacer la matière globalement ?

Elle transporte de l'énergie.

Pourquoi les constituants du milieu ne changent-ils pas globalement de position ?

Ils sont déplacés localement puis reviennent à leur position d'équilibre.

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