QCM : Ondes mécaniques progressives et périodiques — 13 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle définition décrit correctement une onde mécanique progressive ?

La formation d’une perturbation immobile dans un milieu matériel, sans transfert d’énergie
La propagation d’une perturbation dans un milieu matériel élastique, avec transport d’énergie sans déplacement global de matière
La propagation d’une matière déformée dans le vide, avec transport d’énergie entre deux régions
La transmission d’une énergie électromagnétique dans un milieu matériel, avec déplacement global de matière

La propagation d’une perturbation dans un milieu matériel élastique, avec transport d’énergie sans déplacement global de matière

Explication

Une onde mécanique progressive se propage dans un milieu matériel élastique et transporte de l’énergie sans déplacement global de matière. Une onde électromagnétique peut, contrairement à elle, se propager dans le vide.

2. Lorsqu’une onde mécanique progressive se propage dans un ressort, que transporte-t-elle globalement ?

Une déformation permanente, tandis que les échanges d’énergie cessent
De l’énergie et une masse de ressort qui avance avec la perturbation
De la matière, tandis que l’énergie reste localisée près de la source
De l’énergie, tandis que la matière du ressort oscille autour de sa position d’équilibre

De l’énergie, tandis que la matière du ressort oscille autour de sa position d’équilibre

Explication

L’onde transmet de l’énergie, mais les éléments du milieu ne se déplacent pas globalement avec elle. L’idée d’un transport de matière accompagne souvent la perturbation, mais elle ne correspond pas au comportement général d’une onde mécanique.

3. Une onde est dite transversale lorsque le déplacement des points du milieu est comment orienté par rapport à la propagation ?

Perpendiculairement à la direction de propagation
Dans une direction opposée à la propagation
Parallèlement à la direction de propagation
Sans direction définie par rapport à la propagation

Perpendiculairement à la direction de propagation

Explication

Dans une onde transversale, le déplacement du milieu est perpendiculaire à la direction de propagation. Le parallélisme entre ces deux directions caractérise une onde longitudinale.

4. Quelle association entre phénomène et caractéristiques de l’onde est correcte ?

La perturbation d’un ressort est longitudinale et se propage à une dimension
Le son est transversal et se propage à deux dimensions
Les ronds dans l’eau sont longitudinaux et se propagent à une dimension
La ola est longitudinale et se propage à trois dimensions

La perturbation d’un ressort est longitudinale et se propage à une dimension

Explication

La perturbation d’un ressort est une onde longitudinale à une dimension. La ola est transversale à deux dimensions, les ronds dans l’eau sont transversaux à deux ou trois dimensions, et le son est longitudinal à trois dimensions.

5. Que représente le retard entre deux points d’un milieu traversé par une onde ?

La vitesse avec laquelle le second point reproduit la déformation du premier
La durée nécessaire à l’onde pour parcourir la distance entre ces deux points
La distance séparant deux points qui reproduisent la même déformation
La durée pendant laquelle la perturbation reste immobile entre ces deux points

La durée nécessaire à l’onde pour parcourir la distance entre ces deux points

Explication

Le retard est une durée correspondant au temps de propagation de l’onde entre les deux points. La distance qui les sépare est une longueur et ne constitue donc pas le retard.

6. Une onde parcourt une distance de 12 m12\,\text{m} en 3 s3\,\text{s} entre deux points. Quelle est sa célérité ?

9 m⋅s−19\,\text{m}\cdot\text{s}^{-1}
15 m⋅s−115\,\text{m}\cdot\text{s}^{-1}
36 m⋅s−136\,\text{m}\cdot\text{s}^{-1}
4 m⋅s−14\,\text{m}\cdot\text{s}^{-1}

$$4\,\text{m}\cdot\text{s}^{-1}$$

Explication

La célérité se calcule avec v=dτv=\frac{d}{\tau}, donc v=123=4 m⋅s−1v=\frac{12}{3}=4\,\text{m}\cdot\text{s}^{-1}. Multiplier la distance par le retard ne donne pas une célérité.

7. De quels facteurs la célérité d’une onde mécanique progressive peut-elle dépendre ?

De la seule distance parcourue par l’onde entre la source et le point étudié
Des caractéristiques du milieu, comme sa densité et sa rigidité, ainsi que du type d’onde
De la seule quantité d’énergie produite par la source de la perturbation
De la seule durée mesurée entre deux reproductions de la déformation

Des caractéristiques du milieu, comme sa densité et sa rigidité, ainsi que du type d’onde

Explication

La célérité dépend des propriétés du milieu, notamment sa densité et sa rigidité, ainsi que du type d’onde. La distance et la durée servent à calculer la célérité, mais ne déterminent pas à elles seules sa valeur physique.

8. Comment définit-on la période temporelle d’un signal périodique ?

Le nombre de répétitions du motif réalisées pendant une seconde
La durée nécessaire pour que l’amplitude atteigne sa valeur maximale
La plus petite durée après laquelle le motif se répète à l’identique
La plus petite distance séparant deux motifs identiques dans l’espace

La plus petite durée après laquelle le motif se répète à l’identique

Explication

La période temporelle est la plus petite durée au bout de laquelle le motif élémentaire se reproduit identiquement, et elle s’exprime en secondes. La fréquence décrit quant à elle un nombre de répétitions par seconde, et non une durée.

9. Un signal périodique a une période de T=0,25 sT = 0{,}25\ \text{s}. Quelle est sa fréquence ?

4 Hz4\ \text{Hz}
25 Hz25\ \text{Hz}
0,25 Hz0{,}25\ \text{Hz}
2,5 Hz2{,}5\ \text{Hz}

$$4\ \text{Hz}$$

Explication

La fréquence est l’inverse de la période : f=1T=10,25=4 Hzf = \frac{1}{T} = \frac{1}{0{,}25} = 4\ \text{Hz}. La valeur 0,25 Hz0{,}25\ \text{Hz} correspondrait à confondre la période avec la fréquence.

10. Quelle grandeur correspond à la plus petite distance au bout de laquelle le motif d’une onde périodique se répète à l’identique ?

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

La longueur d’onde

Explication

La longueur d’onde est la plus petite distance spatiale séparant deux motifs identiques de l’onde. La période temporelle mesure au contraire une durée entre deux répétitions du mouvement.

11. Une onde se propage à la célérité c=12 m⋅s−1c = 12\ \text{m·s}^{-1} avec une fréquence f=3 Hzf = 3\ \text{Hz}. Quelle est sa longueur d’onde ?

0,25 m0{,}25\ \text{m}
36 m36\ \text{m}
9 m9\ \text{m}
4 m4\ \text{m}

$$4\ \text{m}$$

Explication

La relation c=λfc = \lambda f donne λ=cf=123=4 m\lambda = \frac{c}{f} = \frac{12}{3} = 4\ \text{m}. La relation c=λTc = \frac{\lambda}{T} est équivalente, mais elle nécessite d’utiliser la période plutôt que la fréquence.

12. Dans quelle situation une onde mécanique périodique est-elle dite sinusoïdale ?

Lorsque son amplitude augmente régulièrement au cours du temps
Lorsque sa source vibre selon une fonction sinusoïdale du temps
Lorsque sa célérité reste constante pendant la propagation
Lorsque deux points de l’onde sont séparés par une longueur d’onde

Lorsque sa source vibre selon une fonction sinusoïdale du temps

Explication

Une onde mécanique périodique est sinusoïdale lorsque la source qui l’engendre vibre suivant une fonction sinusoïdale du temps, de période T. Une célérité constante ne suffit pas à caractériser la forme sinusoïdale de l’onde.

13. Dans l’expression y(t)=Acos⁡(2πTt+Φ)y(t) = A\cos\left(\frac{2\pi}{T}t + \Phi\right), quelle grandeur représente la phase à l’origine ?

TT
Φ\Phi
2πT\frac{2\pi}{T}
AA

$$\Phi$$

Explication

Dans cette expression, Φ\Phi caractérise la phase à l’origine, tandis que AA représente l’amplitude et TT la période. Le terme 2πT\frac{2\pi}{T} intervient dans la pulsation associée à l’oscillation.

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

C'est la propagation d'une perturbation dans un milieu matériel élastique avec transport d'énergie.

Que transporte une onde mécanique progressive ?

Elle transporte de l'énergie sans déplacement global de matière.

Quelle est la différence entre une onde mécanique progressive et la matière ?

L'onde ne transporte pas globalement la matière du milieu.

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