QCM : Ondes sonores et propriétés ondulatoires — 24 questions

Question 1

1. Que transporte une onde progressive lors de la propagation d’une perturbation dans un milieu ?

De la matière et de l’énergie à la même vitesse

De l’énergie sans transport global de matière

De la matière sans transfert d’énergie

Une perturbation sans aucune grandeur physique transférée

Explication

Une onde progressive transmet de l’énergie tandis que les éléments du milieu oscillent localement sans être transportés avec l’onde. L’idée d’un déplacement global de matière confond le mouvement local du milieu avec la propagation de la perturbation.

Answer

De l’énergie sans transport global de matière

Question 2

2. Comment définit-on la longueur d’onde d’une onde périodique ?

La distance entre deux points successifs dans le même état vibratoire

La distance parcourue par l’onde pendant une seconde

La durée séparant deux états vibratoires identiques en un point

Le nombre de vibrations effectuées par le milieu en une seconde

Explication

La longueur d’onde est une distance séparant deux points successifs qui présentent le même état vibratoire. Une durée en un point correspond à la période temporelle, et non à la périodicité spatiale.

Answer

La distance entre deux points successifs dans le même état vibratoire

Question 3

3. Que représente la période temporelle $T$ d’une onde périodique en un point donné ?

La fréquence correspondant au nombre d’oscillations par seconde

La vitesse de propagation de la perturbation dans le milieu

La distance séparant deux crêtes successives de l’onde

La durée nécessaire pour retrouver le même état vibratoire

Explication

La période temporelle est la durée au bout de laquelle un point retrouve le même état vibratoire. La distance entre deux états identiques relève de la longueur d’onde, tandis que la fréquence est liée à l’inverse de la période.

Answer

La durée nécessaire pour retrouver le même état vibratoire

Question 4

4. Une onde possède une longueur d’onde de $2{,}0\,\mathrm{m}$ et une fréquence de $3{,}0\,\mathrm{Hz}$ . Quelle est sa célérité ?

0{,}67\,\mathrm{m\cdot s^{-1}}

5{,}0\,\mathrm{m\cdot s^{-1}}

6{,}0\,\mathrm{m\cdot s^{-1}}

1{,}5\,\mathrm{m\cdot s^{-1}}

Explication

La relation $c=\lambda f$ donne ici $c=2{,}0\times3{,}0=6{,}0\,\mathrm{m\cdot s^{-1}}$ . Le quotient $\lambda/f$ ne correspond pas à la formule de la célérité.

Answer

$$6{,}0\,\mathrm{m\cdot s^{-1}}$$

Question 5

5. Quelle combinaison décrit correctement le son dans un milieu matériel ?

Une onde mécanique continue exclusivement transversale

Une onde électromagnétique produite sans support matériel

Une onde mécanique périodique longitudinale

Une onde électromagnétique périodique transversale

Explication

Le son est une onde mécanique périodique longitudinale : il nécessite un milieu matériel et les vibrations sont parallèles à la propagation. Le qualifier d’électromagnétique confond les ondes sonores avec des phénomènes comme la lumière.

Answer

Une onde mécanique périodique longitudinale

Question 6

6. Quel intervalle de fréquences correspond approximativement aux sons audibles par l’être humain ?

De

20\,\mathrm{Hz}

à

20\,000\,\mathrm{Hz}

De

200\,\mathrm{Hz}

à

200\,000\,\mathrm{Hz}

De

2\,\mathrm{Hz}

à

2\,000\,\mathrm{Hz}

De

20\,000\,\mathrm{Hz}

à

200\,000\,\mathrm{Hz}

Explication

L’oreille humaine perçoit approximativement les fréquences comprises entre $20\,\mathrm{Hz}$ et $20\,000\,\mathrm{Hz}$ . Les fréquences supérieures à cette limite ne font pas partie du domaine audible humain.

Answer

De $$20\,\mathrm{Hz}$$ à $$20\,000\,\mathrm{Hz}$$

Question 7

7. Quelle association entre une caractéristique sonore et la grandeur physique qui la détermine principalement est correcte ?

L’intensité dépend de la fréquence, tandis que la hauteur dépend de l’énergie acoustique

La hauteur dépend de la fréquence, tandis que le timbre dépend des fréquences associées

La hauteur dépend de l’amplitude, tandis que le timbre dépend principalement de la période

Le timbre dépend de l’amplitude, tandis que l’intensité dépend de la fréquence fondamentale

Explication

La hauteur est principalement liée à la fréquence, alors que le timbre dépend de l’ensemble des fréquences présentes dans le son. L’amplitude et l’énergie acoustique interviennent plutôt dans l’intensité sonore.

Answer

La hauteur dépend de la fréquence, tandis que le timbre dépend des fréquences associées

Question 8

8. Une puissance acoustique de $0{,}20\,\mathrm{W}$ est reçue uniformément sur une surface de $4{,}0\,\mathrm{m^2}$ . Quelle est l’intensité sonore reçue ?

4{,}20\,\mathrm{W\cdot m^{-2}}

0{,}050\,\mathrm{W\cdot m^{-2}}

0{,}80\,\mathrm{W\cdot m^{-2}}

20\,\mathrm{W\cdot m^{-2}}

Explication

L’intensité est la puissance reçue par unité de surface, donc $I=P/S=0{,}20/4{,}0=0{,}050\,\mathrm{W\cdot m^{-2}}$ . Multiplier la puissance par la surface ne représente pas une puissance répartie par unité de surface.

Answer

$$0{,}050\,\mathrm{W\cdot m^{-2}}$$

Question 9

9. Pour une source sonore isotrope de puissance constante, comment évolue l’intensité lorsqu’on double la distance à la source ?

Elle est multipliée par quatre

Elle est divisée par deux

Elle reste inchangée

Elle est divisée par quatre

Explication

La relation $I=P/(4\pi R^2)$ montre que l’intensité est inversement proportionnelle au carré de la distance. En doublant $R$ , le dénominateur est multiplié par quatre, donc l’intensité est divisée par quatre.

Answer

Elle est divisée par quatre

Question 10

10. Quelle expression définit le niveau d’intensité sonore $L$ et précise son unité ?

L=I/I_0

, exprimé en

\mathrm{W\cdot m^{-2}}

L=10\log(I+I_0)

, exprimé en watts

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

, exprimé en décibels

L=I_0/I

, exprimé en mètres par seconde

Explication

Le niveau sonore est une grandeur logarithmique définie par $L=10\log(I/I_0)$ et exprimée en décibels, avec $I_0=10^{-12}\,\mathrm{W\cdot m^{-2}}$ . L’unité $\mathrm{W\cdot m^{-2}}$ caractérise l’intensité, pas le niveau sonore.

Answer

$$L=10\log\left(\frac{I}{I_0}\right)$$, exprimé en décibels

Question 11

11. De combien le niveau sonore augmente-t-il approximativement lorsque l’intensité sonore double ?

D’environ

3\,\mathrm{dB}

D’environ

1\,\mathrm{dB}

D’environ

10\,\mathrm{dB}

D’environ

20\,\mathrm{dB}

Explication

Le caractère logarithmique du niveau sonore implique qu’un doublement de l’intensité entraîne une augmentation d’environ $3\,\mathrm{dB}$ . Une hausse de $10\,\mathrm{dB}$ correspond à une variation bien plus importante du rapport d’intensités.

Answer

D’environ $$3\,\mathrm{dB}$$

Question 12

12. Que désigne l’atténuation d’une onde sonore au cours de sa propagation ?

Une diminution de l’amplitude de l’onde

Un déplacement progressif de la perturbation

Une augmentation de la fréquence de l’onde

Une modification de la direction de propagation

Explication

L’atténuation correspond à une diminution de l’amplitude de l’onde pendant sa propagation. La propagation décrit le déplacement de la perturbation, mais ne signifie pas à elle seule que l’amplitude diminue.

Answer

Une diminution de l’amplitude de l’onde

Question 13

13. Une source sonore isotrope est observée à une distance deux fois plus grande qu’auparavant : quelle variation de niveau sonore est attendue ?

Une augmentation de 6 dB

Une diminution de 3 dB

Une diminution de 6 dB

Une absence de variation mesurable

Explication

Quand la distance double, la surface de propagation est multipliée par quatre, donc l’intensité est divisée par quatre et le niveau sonore diminue de 6 dB. Une diminution de 3 dB correspondrait à une autre variation d’intensité.

Answer

Une diminution de 6 dB

Question 14

14. Comment l’absorption par l’air, le verre ou le béton atténue-t-elle une onde sonore ?

Elle augmente l’énergie sonore réfléchie vers la source

Elle répartit l’énergie sur une surface croissante autour de la source

Elle transforme l’onde sonore en onde de fréquence plus élevée

Elle dissipe une partie de l’énergie dans les matériaux traversés

Explication

L’absorption se produit lorsque les matériaux rencontrés par l’onde dissipent une partie de son énergie, ce qui réduit son amplitude. La répartition de l’énergie sur une surface croissante relève de l’atténuation géométrique.

Answer

Elle dissipe une partie de l’énergie dans les matériaux traversés

Question 15

15. Dans quelle situation l’effet Doppler apparaît-il pour une onde sonore ?

Lorsque l’amplitude sonore reste constante pendant la propagation

Lorsque la distance entre l’émetteur et le récepteur varie

Lorsque la longueur d’onde est identique à la largeur d’une ouverture

Lorsque le son traverse un matériau qui absorbe de l’énergie

Explication

L’effet Doppler est un décalage entre la fréquence émise et la fréquence reçue lorsque la distance entre l’émetteur et le récepteur varie. L’absorption concerne l’énergie et l’amplitude, tandis que l’ouverture concerne la diffraction.

Answer

Lorsque la distance entre l’émetteur et le récepteur varie

Question 16

16. Quelle expression définit le décalage Doppler entre la fréquence reçue et la fréquence émise ?

\Delta f=f_R+f_E

\Delta f=\frac{f_R}{f_E}

\Delta f=f_R-f_E

\Delta f=f_E-f_R

Explication

Le décalage Doppler est défini comme la différence entre la fréquence reçue et la fréquence émise, soit $\Delta f=f_R-f_E$ . L’expression $f_E-f_R$ inverse le signe du décalage.

Answer

$$\Delta f=f_R-f_E$$

Question 17

17. Quel signe prend le décalage Doppler lorsqu’un émetteur et un récepteur se rapprochent ?

Il est négatif, car

f_R<f_E

Il dépend uniquement de l’amplitude du son

Il est positif, car

f_R>f_E

Il est nul, car

f_R=f_E

Explication

Lors d’un rapprochement, la fréquence reçue est supérieure à la fréquence émise, donc $\Delta f=f_R-f_E>0$ . En cas d’éloignement, la fréquence reçue diminue et le décalage devient négatif.

Answer

Il est positif, car $$f_R>f_E$$

Question 18

18. Un véhicule produit des fréquences $f_{approche}=1200\,\mathrm{Hz}$ et $f_{éloignement}=1000\,\mathrm{Hz}$ pour un son se propageant à $340\,\mathrm{m\cdot s^{-1}}$ . Quelle est sa vitesse selon la relation Doppler indiquée ?

17{,}0\,\mathrm{m\cdot s^{-1}}

68{,}0\,\mathrm{m\cdot s^{-1}}

3{,}4\,\mathrm{m\cdot s^{-1}}

30{,}9\,\mathrm{m\cdot s^{-1}}

Explication

La relation donne $V=340\times\frac{1200-1000}{1200+1000}=340\times\frac{200}{2200}\approx30{,}9\,\mathrm{m\cdot s^{-1}}$ . La valeur $17{,}0\,\mathrm{m\cdot s^{-1}}$ ne correspond pas au rapport entre les deux fréquences.

Answer

$$30{,}9\,\mathrm{m\cdot s^{-1}}$$

Question 19

19. Dans quelle situation la diffraction d’une onde est-elle particulièrement marquée ?

Lorsque le matériau traversé absorbe une grande partie de l’énergie

Lorsque l’obstacle possède une dimension très grande devant sa longueur d’onde

Lorsque l’ouverture ou l’obstacle a une dimension du même ordre que sa longueur d’onde

Lorsque l’amplitude de l’onde est égale à sa fréquence

Explication

La diffraction correspond à l’étalement de la direction de propagation lorsqu’une onde rencontre une ouverture ou un obstacle de dimension comparable à sa longueur d’onde. Un obstacle très grand devant cette longueur d’onde produit une diffraction moins marquée.

Answer

Lorsque l’ouverture ou l’obstacle a une dimension du même ordre que sa longueur d’onde

Question 20

20. Une onde de longueur d’onde $\lambda$ traverse une ouverture de largeur $a$ . Quelle relation donne l’angle de diffraction ?

\theta=\lambda+a

\theta=\lambda a

\theta=\frac{a}{\lambda}

\theta=\frac{\lambda}{a}

Explication

Pour une ouverture ou un obstacle de dimension $a$ , l’angle de diffraction est donné par $\theta=\frac{\lambda}{a}$ . Ainsi, à longueur d’onde fixée, une ouverture plus grande produit un angle plus petit.

Answer

$$\theta=\frac{\lambda}{a}$$

Question 21

21. Dans quelle situation parle-t-on d’interférence entre deux ondes ?

Lorsque deux ondes de même amplitude se propagent dans des directions opposées

Lorsque deux ondes de phases quelconques traversent successivement le même milieu

Lorsque deux ondes de même fréquence se superposent et que leurs élongations s’additionnent

Lorsque deux ondes de fréquences différentes se réfléchissent sur une même surface

Explication

Une interférence résulte de la superposition de deux ondes de même fréquence, l’élongation obtenue étant la somme des élongations individuelles. La superposition d’ondes de fréquences quelconques ne suffit donc pas à caractériser une interférence.

Answer

Lorsque deux ondes de même fréquence se superposent et que leurs élongations s’additionnent

Question 22

22. Quelle condition sur la différence de marche caractérise des interférences destructives ?

\delta=\left(k+\frac{1}{2}\right)\lambda

avec

k

entier

\delta=(2k+1)\lambda

avec

k

entier

\delta=k\lambda

avec

k

entier

\delta=\frac{k\lambda}{2}

avec

k

entier

Explication

Les interférences destructives apparaissent lorsque la différence de marche vaut un nombre entier de longueurs d’onde augmenté d’une demi-longueur d’onde. La condition $\delta=k\lambda$ correspond aux interférences constructives, et non destructives.

Answer

$$\delta=\left(k+\frac{1}{2}\right)\lambda$$ avec $$k$$ entier

Question 23

23. Une série comporte $n$ mesures et possède un écart-type expérimental $c_{n-1}$ . Quelle expression permet de calculer l’incertitude type ?

u(M)=\frac{c_{n-1}}{n}

u(M)=\frac{n}{c_{n-1}}

u(M)=\frac{c_{n-1}}{\sqrt n}

u(M)=c_{n-1}\sqrt n

Explication

L’incertitude type est obtenue en divisant l’écart-type expérimental par la racine carrée du nombre de mesures. Elle décrit la dispersion associée à la série, tandis que la moyenne indique la valeur centrale des mesures.

Answer

$$u(M)=\frac{c_{n-1}}{\sqrt n}$$

Question 24

24. Comment doit-on arrondir une incertitude type lors de la présentation d’un résultat expérimental ?

À deux chiffres significatifs, par défaut

À autant de chiffres significatifs que la valeur mesurée

À un seul chiffre significatif, par excès

À un seul chiffre après la virgule, par excès

Explication

L’incertitude type est présentée avec un seul chiffre significatif et son arrondi se fait par excès. Une valeur expérimentale associée peut suivre une règle d’arrondi différente, car elle n’est pas traitée comme l’incertitude.

Answer

À un seul chiffre significatif, par excès

QCM : Ondes sonores et propriétés ondulatoires — 24 questions

Questions et réponses du QCM

1. Que transporte une onde progressive lors de la propagation d’une perturbation dans un milieu ?

2. Comment définit-on la longueur d’onde d’une onde périodique ?

3. Que représente la période temporelle $T$ d’une onde périodique en un point donné ?

4. Une onde possède une longueur d’onde de $2{,}0\,\mathrm{m}$ et une fréquence de $3{,}0\,\mathrm{Hz}$ . Quelle est sa célérité ?

5. Quelle combinaison décrit correctement le son dans un milieu matériel ?

6. Quel intervalle de fréquences correspond approximativement aux sons audibles par l’être humain ?

7. Quelle association entre une caractéristique sonore et la grandeur physique qui la détermine principalement est correcte ?

8. Une puissance acoustique de $0{,}20\,\mathrm{W}$ est reçue uniformément sur une surface de $4{,}0\,\mathrm{m^2}$ . Quelle est l’intensité sonore reçue ?

9. Pour une source sonore isotrope de puissance constante, comment évolue l’intensité lorsqu’on double la distance à la source ?

10. Quelle expression définit le niveau d’intensité sonore $L$ et précise son unité ?

11. De combien le niveau sonore augmente-t-il approximativement lorsque l’intensité sonore double ?

12. Que désigne l’atténuation d’une onde sonore au cours de sa propagation ?

13. Une source sonore isotrope est observée à une distance deux fois plus grande qu’auparavant : quelle variation de niveau sonore est attendue ?

14. Comment l’absorption par l’air, le verre ou le béton atténue-t-elle une onde sonore ?

15. Dans quelle situation l’effet Doppler apparaît-il pour une onde sonore ?

16. Quelle expression définit le décalage Doppler entre la fréquence reçue et la fréquence émise ?

17. Quel signe prend le décalage Doppler lorsqu’un émetteur et un récepteur se rapprochent ?

18. Un véhicule produit des fréquences $f_{approche}=1200\,\mathrm{Hz}$ et $f_{éloignement}=1000\,\mathrm{Hz}$ pour un son se propageant à $340\,\mathrm{m\cdot s^{-1}}$ . Quelle est sa vitesse selon la relation Doppler indiquée ?

19. Dans quelle situation la diffraction d’une onde est-elle particulièrement marquée ?

20. Une onde de longueur d’onde $\lambda$ traverse une ouverture de largeur $a$ . Quelle relation donne l’angle de diffraction ?

21. Dans quelle situation parle-t-on d’interférence entre deux ondes ?

22. Quelle condition sur la différence de marche caractérise des interférences destructives ?

23. Une série comporte $n$ mesures et possède un écart-type expérimental $c_{n-1}$ . Quelle expression permet de calculer l’incertitude type ?

24. Comment doit-on arrondir une incertitude type lors de la présentation d’un résultat expérimental ?

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QCM : Ondes sonores et propriétés ondulatoires — 24 questions

Questions et réponses du QCM

1. Que transporte une onde progressive lors de la propagation d’une perturbation dans un milieu ?

2. Comment définit-on la longueur d’onde d’une onde périodique ?

3. Que représente la période temporelle TTT d’une onde périodique en un point donné ?

4. Une onde possède une longueur d’onde de 2,0 m2{,}0\,\mathrm{m}2,0m et une fréquence de 3,0 Hz3{,}0\,\mathrm{Hz}3,0Hz. Quelle est sa célérité ?

5. Quelle combinaison décrit correctement le son dans un milieu matériel ?

6. Quel intervalle de fréquences correspond approximativement aux sons audibles par l’être humain ?

7. Quelle association entre une caractéristique sonore et la grandeur physique qui la détermine principalement est correcte ?

8. Une puissance acoustique de 0,20 W0{,}20\,\mathrm{W}0,20W est reçue uniformément sur une surface de 4,0 m24{,}0\,\mathrm{m^2}4,0m2. Quelle est l’intensité sonore reçue ?

9. Pour une source sonore isotrope de puissance constante, comment évolue l’intensité lorsqu’on double la distance à la source ?

10. Quelle expression définit le niveau d’intensité sonore LLL et précise son unité ?

11. De combien le niveau sonore augmente-t-il approximativement lorsque l’intensité sonore double ?

12. Que désigne l’atténuation d’une onde sonore au cours de sa propagation ?

13. Une source sonore isotrope est observée à une distance deux fois plus grande qu’auparavant : quelle variation de niveau sonore est attendue ?

14. Comment l’absorption par l’air, le verre ou le béton atténue-t-elle une onde sonore ?

15. Dans quelle situation l’effet Doppler apparaît-il pour une onde sonore ?

16. Quelle expression définit le décalage Doppler entre la fréquence reçue et la fréquence émise ?

17. Quel signe prend le décalage Doppler lorsqu’un émetteur et un récepteur se rapprochent ?

19. Dans quelle situation la diffraction d’une onde est-elle particulièrement marquée ?

20. Une onde de longueur d’onde λ\lambdaλ traverse une ouverture de largeur aaa. Quelle relation donne l’angle de diffraction ?

21. Dans quelle situation parle-t-on d’interférence entre deux ondes ?

22. Quelle condition sur la différence de marche caractérise des interférences destructives ?

23. Une série comporte nnn mesures et possède un écart-type expérimental cn−1c_{n-1}cn−1​. Quelle expression permet de calculer l’incertitude type ?

24. Comment doit-on arrondir une incertitude type lors de la présentation d’un résultat expérimental ?

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3. Que représente la période temporelle $T$ d’une onde périodique en un point donné ?

4. Une onde possède une longueur d’onde de $2{,}0\,\mathrm{m}$ et une fréquence de $3{,}0\,\mathrm{Hz}$ . Quelle est sa célérité ?

8. Une puissance acoustique de $0{,}20\,\mathrm{W}$ est reçue uniformément sur une surface de $4{,}0\,\mathrm{m^2}$ . Quelle est l’intensité sonore reçue ?

10. Quelle expression définit le niveau d’intensité sonore $L$ et précise son unité ?

20. Une onde de longueur d’onde $\lambda$ traverse une ouverture de largeur $a$ . Quelle relation donne l’angle de diffraction ?

23. Une série comporte $n$ mesures et possède un écart-type expérimental $c_{n-1}$ . Quelle expression permet de calculer l’incertitude type ?