QCM : Propagation des signaux et ondes — 22 questions

Questions et réponses du QCM

1. Qu’est-ce qui caractérise une onde lors de sa propagation ?

Une source immobile produit une variation identique en tout point
Une matière entière se déplace durablement avec la perturbation
Une perturbation locale se transmet progressivement dans l’espace voisin
Une information reste confinée dans la région où elle est créée

Une perturbation locale se transmet progressivement dans l’espace voisin

Explication

Une onde correspond à la propagation d’une perturbation locale d’un paramètre du milieu vers l’espace adjacent. Elle ne se réduit pas au déplacement durable de la matière elle-même.

2. Comment distingue-t-on une onde longitudinale d’une onde orthogonale ?

La perturbation est parallèle à la propagation pour l’une et perpendiculaire pour l’autre
La première se propage dans un milieu matériel tandis que la seconde se propage dans le vide
La première transporte de la matière tandis que la seconde transporte de l’énergie
La perturbation est constante pour l’une et variable dans le temps pour l’autre

La perturbation est parallèle à la propagation pour l’une et perpendiculaire pour l’autre

Explication

Une onde longitudinale possède une perturbation dirigée selon la propagation, tandis qu’une onde orthogonale possède une perturbation perpendiculaire. Les autres distinctions proposées ne définissent pas ces deux catégories.

3. Quelle propriété décrit une onde progressive ?

Elle transporte de la matière sans transmettre d’énergie au milieu
Elle reste localisée autour de la source pendant toute sa propagation
Elle transporte de l’énergie sans entraîner un transport global de matière
Elle transmet une information sans qu’aucune perturbation ne se déplace

Elle transporte de l’énergie sans entraîner un transport global de matière

Explication

Une onde progressive se propage en transportant de l’énergie, mais sans transport de matière. Une perturbation se déplace donc dans le milieu, même si ses éléments matériels ne suivent pas globalement l’onde.

4. Dans quelle situation parle-t-on d’un signal physique ?

Lorsqu’une source produit une oscillation qui reste indépendante de tout récepteur
Lorsqu’une matière est déplacée entre deux points par une action mécanique
Lorsqu’une perturbation modifie un milieu sans être associée à une information
Lorsqu’une onde sert de support à une information entre un émetteur et un récepteur

Lorsqu’une onde sert de support à une information entre un émetteur et un récepteur

Explication

Un signal physique est une onde utilisée pour transmettre une information d’un émetteur vers un récepteur. Une onde peut donc exister comme phénomène de propagation sans constituer nécessairement un signal informatif.

5. Quelle condition définit un milieu homogène ?

Il permet à toutes les fréquences de se propager avec la même célérité
Ses dimensions sont identiques dans toutes les directions de l’espace
Il ne contient aucune région susceptible d’absorber une onde
Ses paramètres physiques ont la même valeur en tout point du milieu

Ses paramètres physiques ont la même valeur en tout point du milieu

Explication

Un milieu homogène possède des paramètres tels que la pression, le volume et la température identiques en tout point. L’égalité des célérités selon la fréquence relève de la transparence, pas de l’homogénéité.

6. Comment reconnaître un milieu illimité ?

La célérité des ondes y reste indépendante de leur fréquence
Ses paramètres physiques restent identiques à chaque position observée
Une onde peut s’y propager sans subir d’absorption au cours du temps
On peut y parcourir une distance infinie sans atteindre sa frontière

On peut y parcourir une distance infinie sans atteindre sa frontière

Explication

Un milieu illimité permet un déplacement sur une distance infinie sans en sortir. L’absence d’absorption et l’indépendance de la célérité par rapport à la fréquence décrivent d’autres propriétés.

7. Quelle propriété caractérise un milieu non dispersif dans la terminologie utilisée ici ?

Une onde y progresse dans une direction perpendiculaire à sa perturbation
La célérité des ondes y varie selon leur fréquence de propagation
Une onde peut s’y déplacer pendant un temps infini sans être absorbée
Les paramètres du milieu ont la même valeur en tous ses points

Une onde peut s’y déplacer pendant un temps infini sans être absorbée

Explication

Un milieu non dispersif est défini ici comme un milieu où l’onde n’est pas absorbée et peut se déplacer pendant un temps infini. L’indépendance de la célérité vis-à-vis de la fréquence caractérise plutôt la transparence.

8. Dans un milieu transparent, de quoi dépend la célérité des ondes qui s’y propagent ?

Elle ne dépend pas de la fréquence des ondes
Elle dépend du déplacement de matière accompagnant la perturbation
Elle dépend de l’absorption progressive de l’énergie par le milieu
Elle dépend de la position de chaque point dans un milieu homogène

Elle ne dépend pas de la fréquence des ondes

Explication

Dans un milieu transparent, la célérité des ondes est indépendante de leur fréquence. L’absence d’absorption est associée au milieu non dispersif dans la terminologie donnée, ce qui constitue la confusion fréquente.

9. Comment définit-on la célérité d’une onde ?

Comme la durée nécessaire pour parcourir une distance donnée
Comme le rapport entre la durée du parcours et la distance parcourue
Comme le rapport entre la distance parcourue et la durée du parcours
Comme la distance séparant deux positions successives de la source

Comme le rapport entre la distance parcourue et la durée du parcours

Explication

La célérité est le quotient de la distance parcourue par la durée nécessaire pour la parcourir. La durée seule correspond au temps de parcours, tandis que son rapport avec la distance donne une autre grandeur.

10. Une onde parcourt une distance dd pendant une durée Δt\Delta t. Quelle expression permet de calculer sa célérité cc ?

c=dΔtc=\frac{d}{\Delta t}
c=Δtdc=\frac{\Delta t}{d}
c=d+Δtc=d+\Delta t
c=d×Δtc=d\times\Delta t

$$c=\frac{d}{\Delta t}$$

Explication

La relation entre la célérité, la distance et la durée est c=dΔtc=\frac{d}{\Delta t}. Inverser le quotient donnerait une durée par unité de distance, et non une célérité.

11. Quelles sont les célérités approximatives du son dans l’air et dans l’eau ?

340 m.s⁻¹ dans l’air et 1500 m.s⁻¹ dans l’eau
340 m.s⁻¹ dans l’air et 340 m.s⁻¹ dans l’eau
1500 m.s⁻¹ dans l’air et 340 m.s⁻¹ dans l’eau
1500 m.s⁻¹ dans l’air et 1500 m.s⁻¹ dans l’eau

340 m.s⁻¹ dans l’air et 1500 m.s⁻¹ dans l’eau

Explication

Le son se propage approximativement à 340 m.s⁻¹ dans l’air et à 1500 m.s⁻¹ dans l’eau. La valeur est donc nettement plus élevée dans l’eau que dans l’air.

12. Quelle distinction caractérise correctement les ondes P et les ondes S lors d’un séisme ?

Les ondes P sont longitudinales et plus lentes, tandis que les ondes S sont transversales et plus rapides.
Les ondes P sont longitudinales et plus rapides, tandis que les ondes S sont transversales et plus lentes.
Les ondes P sont transversales et plus rapides, tandis que les ondes S sont longitudinales et plus lentes.
Les ondes P sont transversales et plus lentes, tandis que les ondes S sont longitudinales et plus rapides.

Les ondes P sont longitudinales et plus rapides, tandis que les ondes S sont transversales et plus lentes.

Explication

Les ondes P sont longitudinales et se propagent plus rapidement que les ondes S, qui sont des ondes de cisaillement transversales. Confondre leurs directions de déformation conduit donc à inverser leurs caractéristiques mécaniques.

13. Dans le Nord-Ouest Pacifique, quelles sont les vitesses respectives des ondes P et des ondes S ?

7,74 km.s⁻¹ pour les ondes P et 5,12 km.s⁻¹ pour les ondes S
7,74 km.s⁻¹ pour les ondes P et 4,32 km.s⁻¹ pour les ondes S
4,32 km.s⁻¹ pour les ondes P et 7,74 km.s⁻¹ pour les ondes S
6,32 km.s⁻¹ pour les ondes P et 4,74 km.s⁻¹ pour les ondes S

7,74 km.s⁻¹ pour les ondes P et 4,32 km.s⁻¹ pour les ondes S

Explication

Dans cette région, la vitesse des ondes P vaut 7,74 km.s⁻¹ et celle des ondes S vaut 4,32 km.s⁻¹. La valeur la plus élevée doit être associée aux ondes P, car elles arrivent plus rapidement.

14. Quelle expression permet de calculer la distance entre une station et l’épicentre à partir des temps d’arrivée des ondes ?

Di=tsi−tpiσpσs(σp−σs)D_i=\frac{t_{s_i}-t_{p_i}}{\sigma_p\sigma_s(\sigma_p-\sigma_s)}
Di=σp−σsσsσp(tsi−tpi)D_i=\frac{\sigma_p-\sigma_s}{\sigma_s\sigma_p(t_{s_i}-t_{p_i})}
Di=σpσstpi−tsiσp+σsD_i=\sigma_p\sigma_s\frac{t_{p_i}-t_{s_i}}{\sigma_p+\sigma_s}
Di=σsσptsi−tpiσp−σsD_i=\sigma_s\sigma_p\frac{t_{s_i}-t_{p_i}}{\sigma_p-\sigma_s}

$$D_i=\sigma_s\sigma_p\frac{t_{s_i}-t_{p_i}}{\sigma_p-\sigma_s}$$

Explication

La distance se calcule en multipliant le décalage entre les arrivées S et P par le produit des vitesses, puis en divisant par leur différence. Les autres expressions inversent des facteurs ou modifient le signe et le dénominateur de la relation.

15. Comment détermine-t-on graphiquement l’épicentre à partir des distances calculées pour plusieurs stations ?

On reporte chaque distance sur une même direction puis on retient la station la plus proche.
On dessine un cercle unique centré sur la station ayant enregistré le plus grand retard.
On trace un cercle autour de chaque station et on repère leur croisement commun.
On trace une droite entre chaque station et le point où l’onde P arrive en premier.

On trace un cercle autour de chaque station et on repère leur croisement commun.

Explication

Chaque distance calculée sert de rayon à un cercle centré sur la station correspondante, et l’épicentre est localisé au croisement commun de ces cercles. Une seule station ou une direction imposée ne fournit pas cette localisation géométrique.

16. À quelle condition un signal est-il périodique ?

Il reproduit le même motif à intervalles de temps égaux.
Il atteint sa valeur maximale après chaque variation de sa moyenne.
Il présente une amplitude constante pendant toute sa durée d’observation.
Il possède une fréquence qui augmente régulièrement au cours du temps.

Il reproduit le même motif à intervalles de temps égaux.

Explication

Un signal est périodique lorsque son motif se répète de manière identique après des intervalles de temps égaux. Une amplitude constante ou une fréquence variable ne suffit pas à définir cette répétition régulière.

17. Que représente la période TT d’un signal périodique ?

Le nombre de motifs reproduits pendant une seconde.
La hauteur maximale mesurée depuis la valeur moyenne du signal.
La plus petite durée nécessaire pour retrouver le même motif.
La durée totale séparant le début et la fin de l’enregistrement.

La plus petite durée nécessaire pour retrouver le même motif.

Explication

La période est la plus petite durée au bout de laquelle le signal retrouve son motif élémentaire, et elle s’exprime en secondes. Le nombre de répétitions par seconde correspond à la fréquence, tandis que la hauteur concerne l’amplitude.

18. Un signal périodique a une période de 0,25 s0,25\ \mathrm{s}. Quelle est sa fréquence ?

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

$$4\ \mathrm{Hz}$$

Explication

La fréquence est l’inverse de la période, donc f=1/T=1/0,25=4 Hzf=1/T=1/0,25=4\ \mathrm{Hz}. La valeur 0,25 Hz0,25\ \mathrm{Hz} correspondrait à utiliser la période sans prendre son inverse.

19. Quelle expression décrit la fonction d’onde d’un signal sinusoïdal ?

Δ(t)=Acos⁡(2πft+ϕ)\Delta(t)=A\cos(2\pi ft+\phi)
Δ(t)=fcos⁡(2πAt+ϕ)\Delta(t)=f\cos(2\pi At+\phi)
Δ(t)=Asin⁡(2πTt+ϕ)\Delta(t)=A\sin(2\pi Tt+\phi)
Δ(t)=Acos⁡(2πft−ϕt)\Delta(t)=A\cos(2\pi ft-\phi t)

$$\Delta(t)=A\cos(2\pi ft+\phi)$$

Explication

Un signal sinusoïdal s’écrit Δ(t)=Acos⁡(2πft+ϕ)\Delta(t)=A\cos(2\pi ft+\phi), où AA est l’amplitude, ff la fréquence et ϕ\phi la phase. Remplacer la fréquence par la période ou rendre la phase dépendante du temps modifie la forme définie du signal.

20. Que désigne la longueur d’onde λ\lambda d’une onde ?

La hauteur maximale du signal mesurée depuis sa valeur moyenne.
La largeur spatiale d’un motif élémentaire observé à un instant donné.
La durée nécessaire pour qu’un motif élémentaire se répète au même endroit.
Le nombre de motifs qui traversent un point pendant une seconde.

La largeur spatiale d’un motif élémentaire observé à un instant donné.

Explication

La longueur d’onde est une distance : elle mesure la largeur spatiale d’un motif élémentaire observé à un instant donné et s’exprime en mètres. La durée de répétition correspond à la période, tandis que le nombre de répétitions par seconde correspond à la fréquence.

21. Une onde possède une célérité de 300 m.s−1300\ \mathrm{m.s^{-1}} et une période de 0,020 s0,020\ \mathrm{s}. Quelle est sa longueur d’onde ?

6 m6\ \mathrm{m}
280 m280\ \mathrm{m}
15000 m15000\ \mathrm{m}
0,000067 m0,000067\ \mathrm{m}

$$6\ \mathrm{m}$$

Explication

La relation λ=cT\lambda=cT donne λ=300×0,020=6 m\lambda=300\times0,020=6\ \mathrm{m}. Diviser la célérité par la période utiliserait une opération incompatible avec cette relation.

22. Une onde se propage à 340 m.s−1340\ \mathrm{m.s^{-1}} avec une fréquence de 170 Hz170\ \mathrm{Hz}. Quelle est sa longueur d’onde ?

2 m2\ \mathrm{m}
0,5 m0,5\ \mathrm{m}
510 m510\ \mathrm{m}
57800 m57800\ \mathrm{m}

$$2\ \mathrm{m}$$

Explication

La relation λ=c/f\lambda=c/f donne λ=340/170=2 m\lambda=340/170=2\ \mathrm{m}. Le produit c×fc\times f ne convient pas ici, car la longueur d’onde est obtenue en divisant la célérité par la fréquence.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 39 flashcards sur Propagation des signaux et ondes.

Qu'est-ce qu'une onde en physique ?

Un phénomène de propagation d’une perturbation modifiant un paramètre localement.

Quand une onde est-elle dite longitudinale ?

Quand la perturbation se réalise dans la direction de propagation.

Quand une onde est-elle dite orthogonale ?

Quand la perturbation est perpendiculaire à la direction de propagation.

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