QCM : Ondes sonores et effet Doppler — 11 questions

Question 1

1. Une source se rapproche d’un observateur fixe à la vitesse $v$ , tandis que la célérité de l’onde vaut $v_{onde}$ . Quelle expression donne la fréquence reçue ?

f_{eff}=f_{em}\frac{v_{onde}+v}{v_{onde}}

f_{eff}=f_{em}\frac{v_{onde}-v}{v_{onde}}

f_{eff}=f_{em}\frac{v_{onde}}{v_{onde}+v}

f_{eff}=f_{em}\frac{v_{onde}}{v_{onde}-v}

Explication

En rapprochement, les fronts d’onde sont resserrés et la fréquence reçue est donnée par $f_{eff}=f_{em}\frac{v_{onde}}{v_{onde}-v}$ . Le dénominateur avec un signe plus correspond au cas d’éloignement, et non au rapprochement.

Answer

$$f_{eff}=f_{em}\frac{v_{onde}}{v_{onde}-v}$$

Question 2

2. Une onde sonore a une longueur d’onde de $0{,}80\ \mathrm{m}$ et une fréquence de $425\ \mathrm{Hz}$ . Quelle est sa célérité ?

531\ \mathrm{m\,s^{-1}}

425\ \mathrm{m\,s^{-1}}

0{,}0019\ \mathrm{m\,s^{-1}}

340\ \mathrm{m\,s^{-1}}

Explication

La relation $v=\lambda f$ donne $v=0{,}80\times425=340\ \mathrm{m\,s^{-1}}$ . La fréquence est liée à la période par $f=1/T$ , mais la célérité dépend aussi de la longueur d’onde.

Answer

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

Question 3

3. Une onde transporte une puissance de $6{,}0\ \mathrm{W}$ à travers une surface de $3{,}0\ \mathrm{m^2}$ . Quelle est son intensité sonore ?

0{,}50\ \mathrm{W\,m^{-2}}

3{,}0\ \mathrm{W\,m^{-2}}

2{,}0\ \mathrm{W\,m^{-2}}

18\ \mathrm{W\,m^{-2}}

Explication

L’intensité sonore est la puissance par unité de surface, donc $I=P/S=6{,}0/3{,}0=2{,}0\ \mathrm{W\,m^{-2}}$ . Elle ne se confond pas avec la puissance, car elle dépend également de la surface de réception.

Answer

$$2{,}0\ \mathrm{W\,m^{-2}}$$

Question 4

4. Une onde est émise à la fréquence $f_{em}$ et reçue à la fréquence $f_{eff}$ . Comment définit-on le décalage Doppler ?

\Delta f=\frac{f_{eff}}{f_{em}}

\Delta f=f_{em}-f_{eff}

\Delta f=f_{eff}-f_{em}

\Delta f=f_{eff}+f_{em}

Explication

Le décalage Doppler mesure l’écart algébrique entre la fréquence reçue et la fréquence émise, selon $\Delta f=f_{eff}-f_{em}$ . Une somme ou un rapport décrirait une autre grandeur, tandis que l’ordre inversé changerait le signe du décalage.

Answer

$$\Delta f=f_{eff}-f_{em}$$

Question 5

5. Quelle différence permet de distinguer l’atténuation par absorption de l’atténuation géométrique ?

L’absorption éloigne la source, tandis que l’atténuation géométrique transforme l’énergie en chaleur

L’absorption augmente la distance parcourue, tandis que l’atténuation géométrique modifie la fréquence

L’absorption réduit la période, tandis que l’atténuation géométrique augmente l’énergie de l’onde

L’absorption transfère de l’énergie au milieu, tandis que l’atténuation géométrique vient de l’éloignement

Explication

L’absorption correspond au transfert d’une partie de l’énergie de l’onde au milieu traversé. L’atténuation géométrique est liée à l’éloignement par rapport à la source et ne décrit pas ce transfert d’énergie au matériau.

Answer

L’absorption transfère de l’énergie au milieu, tandis que l’atténuation géométrique vient de l’éloignement

Question 6

6. Quelle caractéristique distingue une onde sonore d’une onde électromagnétique lors de sa propagation ?

Elle transporte la matière du milieu vers la source

Elle correspond à une oscillation électrique sans support matériel

Elle se propage dans le vide grâce aux variations de pression

Elle nécessite un milieu matériel pour transmettre la perturbation

Explication

Une onde sonore est une onde mécanique : elle se propage de proche en proche dans un milieu matériel sans déplacement global de matière. Une onde électromagnétique, contrairement à elle, peut se propager dans le vide.

Answer

Elle nécessite un milieu matériel pour transmettre la perturbation

Question 7

7. Lorsqu’une source sonore se rapproche d’un observateur immobile, comment évoluent la fréquence reçue et la hauteur du son perçu ?

La fréquence reçue augmente et le son paraît plus aigu

La fréquence reçue diminue et le son paraît plus grave

La fréquence reçue reste stable et le son paraît plus aigu

La fréquence reçue augmente et le son paraît plus grave

Explication

Le rapprochement de la source augmente la fréquence reçue par rapport à la fréquence émise, ce qui rend le son plus aigu. L’éloignement produirait au contraire une fréquence plus faible et un son plus grave.

Answer

La fréquence reçue augmente et le son paraît plus aigu

Question 8

8. Dans un milieu absorbant, comment calcule-t-on l’atténuation entre l’entrée et la sortie ?

A=L_{entrée}+L_{sortie}=10\log\left(I_{entrée}I_{sortie}\right)

A=\frac{L_{entrée}}{L_{sortie}}=10\log\left(\frac{I_{sortie}}{I_{entrée}}\right)

A=L_{sortie}-L_{entrée}=10\log\left(\frac{I_{sortie}}{I_{entrée}}\right)

A=L_{entrée}-L_{sortie}=10\log\left(\frac{I_{entrée}}{I_{sortie}}\right)

Explication

L’atténuation est la diminution du niveau entre l’entrée et la sortie : elle se calcule par la différence entre le niveau d’entrée et celui de sortie. Lorsque l’intensité de sortie est inférieure à celle d’entrée, cette grandeur est positive.

Answer

$$A=L_{entrée}-L_{sortie}=10\log\left(\frac{I_{entrée}}{I_{sortie}}\right)$$

Question 9

9. Quelle expression permet de calculer le niveau d’intensité sonore $L$ à partir de l’intensité $I$ ?

L=10\log\left(I_0I\right)

L=\frac{I}{10}\log\left(I_0\right)

L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right)

L=I\log\left(\frac{10}{I_0}\right)

Explication

Le niveau d’intensité sonore est une grandeur logarithmique définie par $L=10\log(I/I_0)$ , avec $I_0=10^{-12}\ \mathrm{W\,m^{-2}}$ . L’intensité elle-même reste une grandeur physique exprimée en watts par mètre carré.

Answer

$$L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right)$$

Question 10

10. Dans quelle situation l’effet Doppler peut-il se produire pour une onde progressive ?

Lorsqu’il existe un mouvement relatif source-observateur et que la source reste moins rapide que l’onde

Lorsqu’un observateur fixe reçoit une onde dont la célérité dépasse celle de la source

Lorsqu’une source immobile émet une onde dont l’amplitude varie périodiquement

Lorsqu’une onde stationnaire se forme entre deux parois parfaitement réfléchissantes

Explication

L’effet Doppler apparaît lorsqu’une source est en mouvement relatif par rapport à l’observateur, avec une vitesse de source inférieure à la célérité de l’onde. Une variation d’amplitude ou la présence d’une onde stationnaire ne suffit pas à caractériser cet effet.

Answer

Lorsqu’il existe un mouvement relatif source-observateur et que la source reste moins rapide que l’onde

Question 11

11. De combien augmente le niveau d’intensité sonore lorsque l’intensité sonore est multipliée par deux ?

Il augmente de

2\ \mathrm{dB}

Il augmente de

20\ \mathrm{dB}

Il augmente de

3\ \mathrm{dB}

Il augmente de

10\ \mathrm{dB}

Explication

Un doublement de l’intensité sonore correspond à une augmentation du niveau d’intensité sonore de $3\ \mathrm{dB}$ . Une variation de $10\ \mathrm{dB}$ correspondrait à un rapport d’intensités différent, égal à dix.

Answer

Il augmente de $$3\ \mathrm{dB}$$

QCM : Ondes sonores et effet Doppler — 11 questions

Questions et réponses du QCM

1. Une source se rapproche d’un observateur fixe à la vitesse $v$ , tandis que la célérité de l’onde vaut $v_{onde}$ . Quelle expression donne la fréquence reçue ?

2. Une onde sonore a une longueur d’onde de $0{,}80\ \mathrm{m}$ et une fréquence de $425\ \mathrm{Hz}$ . Quelle est sa célérité ?

3. Une onde transporte une puissance de $6{,}0\ \mathrm{W}$ à travers une surface de $3{,}0\ \mathrm{m^2}$ . Quelle est son intensité sonore ?

4. Une onde est émise à la fréquence $f_{em}$ et reçue à la fréquence $f_{eff}$ . Comment définit-on le décalage Doppler ?

5. Quelle différence permet de distinguer l’atténuation par absorption de l’atténuation géométrique ?

6. Quelle caractéristique distingue une onde sonore d’une onde électromagnétique lors de sa propagation ?

7. Lorsqu’une source sonore se rapproche d’un observateur immobile, comment évoluent la fréquence reçue et la hauteur du son perçu ?

8. Dans un milieu absorbant, comment calcule-t-on l’atténuation entre l’entrée et la sortie ?

9. Quelle expression permet de calculer le niveau d’intensité sonore $L$ à partir de l’intensité $I$ ?

10. Dans quelle situation l’effet Doppler peut-il se produire pour une onde progressive ?

11. De combien augmente le niveau d’intensité sonore lorsque l’intensité sonore est multipliée par deux ?

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QCM : Ondes sonores et effet Doppler — 11 questions

Questions et réponses du QCM

1. Une source se rapproche d’un observateur fixe à la vitesse vvv, tandis que la célérité de l’onde vaut vondev_{onde}vonde​. Quelle expression donne la fréquence reçue ?

2. Une onde sonore a une longueur d’onde de 0,80 m0{,}80\ \mathrm{m}0,80 m et une fréquence de 425 Hz425\ \mathrm{Hz}425 Hz. Quelle est sa célérité ?

3. Une onde transporte une puissance de 6,0 W6{,}0\ \mathrm{W}6,0 W à travers une surface de 3,0 m23{,}0\ \mathrm{m^2}3,0 m2. Quelle est son intensité sonore ?

4. Une onde est émise à la fréquence femf_{em}fem​ et reçue à la fréquence fefff_{eff}feff​. Comment définit-on le décalage Doppler ?

5. Quelle différence permet de distinguer l’atténuation par absorption de l’atténuation géométrique ?

6. Quelle caractéristique distingue une onde sonore d’une onde électromagnétique lors de sa propagation ?

7. Lorsqu’une source sonore se rapproche d’un observateur immobile, comment évoluent la fréquence reçue et la hauteur du son perçu ?

8. Dans un milieu absorbant, comment calcule-t-on l’atténuation entre l’entrée et la sortie ?

9. Quelle expression permet de calculer le niveau d’intensité sonore LLL à partir de l’intensité III ?

10. Dans quelle situation l’effet Doppler peut-il se produire pour une onde progressive ?

11. De combien augmente le niveau d’intensité sonore lorsque l’intensité sonore est multipliée par deux ?

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1. Une source se rapproche d’un observateur fixe à la vitesse $v$ , tandis que la célérité de l’onde vaut $v_{onde}$ . Quelle expression donne la fréquence reçue ?

2. Une onde sonore a une longueur d’onde de $0{,}80\ \mathrm{m}$ et une fréquence de $425\ \mathrm{Hz}$ . Quelle est sa célérité ?

3. Une onde transporte une puissance de $6{,}0\ \mathrm{W}$ à travers une surface de $3{,}0\ \mathrm{m^2}$ . Quelle est son intensité sonore ?

4. Une onde est émise à la fréquence $f_{em}$ et reçue à la fréquence $f_{eff}$ . Comment définit-on le décalage Doppler ?

9. Quelle expression permet de calculer le niveau d’intensité sonore $L$ à partir de l’intensité $I$ ?