QCM : Son et effet Doppler (18 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Comment une onde sonore se propage-t-elle dans un milieu matériel élastique ?

Par une succession de compressions et de dilatations vibratoires
Par une succession de zones où la température augmente et diminue
Par le transport de charges électriques entre les particules du milieu
Par le déplacement continu de matière de la source au récepteur

Par une succession de compressions et de dilatations vibratoires

Explication

Une onde sonore est une vibration périodique qui progresse grâce à des compressions et des dilatations du milieu élastique. Le déplacement global de matière confond la propagation de l’onde avec le transport des particules.

2. Que se passe-t-il lorsqu’une onde sonore rencontre une région de vide ?

Elle se propage si sa fréquence est suffisamment élevée
Elle ne se propage pas, car le vide ne fournit pas de milieu matériel élastique
Elle continue à se propager en perdant progressivement de l’intensité
Elle se transforme en onde lumineuse et poursuit son trajet

Elle ne se propage pas, car le vide ne fournit pas de milieu matériel élastique

Explication

La propagation sonore nécessite un milieu matériel élastique, absent dans le vide. Une fréquence élevée ne remplace pas ce milieu nécessaire à la propagation.

3. Deux sons sont comparés : lequel est le plus aigu ?

Celui dont la fréquence est la plus élevée
Celui dont la durée est la plus courte
Celui dont l’amplitude est la plus faible
Celui dont la fréquence est la plus faible

Celui dont la fréquence est la plus élevée

Explication

Un son est d’autant plus aigu que sa fréquence est élevée. L’amplitude caractérise plutôt l’intensité sonore et ne détermine pas si le son est grave ou aigu.

4. Quelle grandeur l’intensité sonore caractérise-t-elle ?

La force du son, liée à la puissance reçue par unité de surface
La durée du son, mesurée entre son émission et sa réception
La hauteur du son, déterminée par sa fréquence
La vitesse du son, déterminée par le déplacement des particules

La force du son, liée à la puissance reçue par unité de surface

Explication

L’intensité sonore caractérise la force d’un son et correspond à la puissance reçue par unité de surface. La fréquence détermine la hauteur du son, et non son intensité.

5. Une puissance sonore reçue de 0,6 W0{,}6\ \mathrm{W} se répartit sur une surface de 0,2 m20{,}2\ \mathrm{m^2}. Quelle est l’intensité sonore ?

3 W/m23\ \mathrm{W/m^2}
0,12 W/m20{,}12\ \mathrm{W/m^2}
1,2 W/m21{,}2\ \mathrm{W/m^2}
0,33 W/m20{,}33\ \mathrm{W/m^2}

$$3\ \mathrm{W/m^2}$$

Explication

L’intensité est la puissance reçue divisée par la surface, soit I=0,6/0,2=3 W/m2I=0{,}6/0{,}2=3\ \mathrm{W/m^2}. Multiplier la puissance par la surface ne donne pas l’intensité.

6. À 1 kHz, comment se comparent le seuil d’intensité et le seuil de douleur ?

Les deux seuils valent 1 W/m21\ \mathrm{W/m^2} à cette fréquence
Les deux seuils valent 1,0×10−12 W/m21{,}0\times10^{-12}\ \mathrm{W/m^2} à cette fréquence
Le seuil d’intensité vaut 1,0×10−12 W/m21{,}0\times10^{-12}\ \mathrm{W/m^2}, tandis que le seuil de douleur vaut 1 W/m21\ \mathrm{W/m^2}
Le seuil d’intensité vaut 1 W/m21\ \mathrm{W/m^2}, tandis que le seuil de douleur vaut 1,0×10−12 W/m21{,}0\times10^{-12}\ \mathrm{W/m^2}

Le seuil d’intensité vaut $$1{,}0\times10^{-12}\ \mathrm{W/m^2}$$, tandis que le seuil de douleur vaut $$1\ \mathrm{W/m^2}$$

Explication

À 1 kHz, le seuil d’intensité est 1,0×10−12 W/m21{,}0\times10^{-12}\ \mathrm{W/m^2} et le seuil de douleur est beaucoup plus élevé, à 1 W/m21\ \mathrm{W/m^2}. Inverser ces valeurs attribue à tort l’intensité la plus forte au seuil d’audibilité.

7. Avec quel appareil mesure-t-on le niveau sonore, et dans quelle unité l’exprime-t-on ?

Avec un wattmètre, en décibels
Avec un sonomètre, en décibels
Avec un microphone, en hertz
Avec un sonomètre, en watts par mètre carré

Avec un sonomètre, en décibels

Explication

Le niveau sonore s’exprime en décibels et se mesure à l’aide d’un sonomètre. Les watts par mètre carré servent à exprimer l’intensité sonore, pas le niveau sonore.

8. Que désigne l’atténuation sonore et dans quelle unité s’exprime-t-elle ?

La perte de puissance de la source, exprimée en watts
La diminution du niveau d’intensité sonore pendant la propagation, exprimée en décibels
La baisse de fréquence pendant la propagation, exprimée en hertz
La diminution de vitesse de l’onde, exprimée en mètres par seconde

La diminution du niveau d’intensité sonore pendant la propagation, exprimée en décibels

Explication

L’atténuation sonore mesure la diminution du niveau d’intensité sonore au cours de la propagation et s’exprime en décibels. Une variation de fréquence ou de vitesse n’est pas la définition de cette atténuation.

9. Un récepteur s’éloigne d’une source sonore sans qu’une paroi soit interposée. Quel phénomène explique la baisse du niveau sonore ?

La réflexion, qui renvoie l’onde vers la source
L’atténuation géométrique, liée à l’augmentation de la distance
L’atténuation par absorption, due à l’action d’une paroi
La transmission, qui fait traverser l’onde par une paroi

L’atténuation géométrique, liée à l’augmentation de la distance

Explication

L’atténuation géométrique correspond à la baisse du niveau sonore lorsque la distance entre la source et le récepteur augmente. L’absorption est liée à une paroi interposée, absente dans cette situation.

10. Lorsqu’une onde sonore rencontre une paroi, quelle description du niveau transmis est correcte ?

L’onde transmise repart de la paroi et son niveau dépasse le niveau incident
L’onde transmise traverse la paroi et son niveau est inférieur au niveau incident
L’onde absorbée traverse la paroi et conserve le niveau incident
L’onde réfléchie traverse la paroi et son niveau rejoint le niveau incident

L’onde transmise traverse la paroi et son niveau est inférieur au niveau incident

Explication

Une partie de l’onde peut traverser la paroi, et le niveau transmis est inférieur au niveau incident; d’autres parties peuvent être absorbées ou réfléchies. L’onde réfléchie repart de la paroi au lieu de la traverser.

11. Dans quelle situation l’effet Doppler sonore correspond-il à une différence entre la fréquence émise et la fréquence perçue ?

Lorsque l’émetteur et le récepteur sont en mouvement l’un par rapport à l’autre
Lorsque le son traverse un milieu dont la température varie
Lorsque l’émetteur produit un son plus intense sans mouvement relatif
Lorsque le récepteur mesure une fréquence sans la comparer à l’émission

Lorsque l’émetteur et le récepteur sont en mouvement l’un par rapport à l’autre

Explication

L’effet Doppler désigne la différence entre fréquence émise et fréquence perçue quand l’émetteur et le récepteur sont en mouvement relatif. Une variation d’intensité seule ne définit pas cet effet.

12. Un son est émis à 500 Hz500\,\text{Hz} et reçu à 540 Hz540\,\text{Hz} ; quelle valeur obtient-on pour le décalage Doppler défini par Δf=fR−fE\Delta f = f_R - f_E ?

540 Hz540\,\text{Hz}
40 Hz40\,\text{Hz}
1040 Hz1040\,\text{Hz}
−40 Hz-40\,\text{Hz}

$$40\,\text{Hz}$$

Explication

Le décalage se calcule en soustrayant la fréquence émise de la fréquence reçue, soit 540−500=40 Hz540-500=40\,\text{Hz}. La somme des deux fréquences ne correspond pas à la définition du décalage.

13. Une source sonore se rapproche d’un auditeur ; comment évoluent la longueur d’onde perçue et la fréquence reçue ?

La longueur d’onde perçue augmente et la fréquence reçue dépasse la fréquence émise
La longueur d’onde perçue diminue et la fréquence reçue dépasse la fréquence émise
La longueur d’onde perçue reste identique et la fréquence reçue dépasse la fréquence émise
La longueur d’onde perçue diminue et la fréquence reçue devient inférieure à la fréquence émise

La longueur d’onde perçue diminue et la fréquence reçue dépasse la fréquence émise

Explication

Le rapprochement de l’émetteur resserre les longueurs d’onde perçues et élève la fréquence reçue par rapport à la fréquence émise. Une fréquence plus faible caractérise plutôt un éloignement.

14. Un émetteur sonore s’éloigne d’un récepteur immobile avec une vitesse inférieure à celle de l’onde ; quelle expression donne la fréquence reçue ?

fR=fE×vonde−vEvondef_R=f_E\times\frac{v_{\text{onde}}-v_E}{v_{\text{onde}}}
fR=fE×vondevonde+vEf_R=f_E\times\frac{v_{\text{onde}}}{v_{\text{onde}}+v_E}
fR=fE×vondevonde−vEf_R=f_E\times\frac{v_{\text{onde}}}{v_{\text{onde}}-v_E}
fR=fE×vonde+vEvondef_R=f_E\times\frac{v_{\text{onde}}+v_E}{v_{\text{onde}}}

$$f_R=f_E\times\frac{v_{\text{onde}}}{v_{\text{onde}}+v_E}$$

Explication

Pour un émetteur qui s’éloigne, la vitesse de l’émetteur s’ajoute au dénominateur, ce qui rend la fréquence reçue plus faible que la fréquence émise. Le dénominateur avec une soustraction correspond au rapprochement.

15. Quel phénomène Hippolyte Fizeau postule-t-il en 1848 pour une onde électromagnétique émise par un astre en mouvement ?

Une disparition des raies d’absorption lorsque l’astre se déplace
Un déplacement des raies du spectre d’absorption de l’astre
Un élargissement identique de toutes les raies spectrales de l’astre
Une variation de l’intensité des raies sans changement de leur position

Un déplacement des raies du spectre d’absorption de l’astre

Explication

Fizeau relie le décalage Doppler électromagnétique d’un astre en mouvement au déplacement des raies de son spectre d’absorption. Une simple variation d’intensité ne décrit pas le déplacement spectral postulé.

16. Que mesure la vitesse radiale d’une étoile par rapport à la Terre ?

Sa vitesse de rapprochement de la Terre ou d’éloignement par rapport à elle
Sa vitesse orbitale autour d’un compagnon, sans tenir compte de la Terre
Sa vitesse de rotation autour de son propre axe, observée depuis la Terre
Sa vitesse de déplacement sur le plan du ciel, perpendiculairement à la ligne de visée

Sa vitesse de rapprochement de la Terre ou d’éloignement par rapport à elle

Explication

La vitesse radiale correspond à la vitesse à laquelle l’astre s’approche de la Terre ou s’en éloigne. Le mouvement perpendiculaire à la ligne de visée est un déplacement transversal, et non radial.

17. Une étoile présente des raies spectrales décalées vers les courtes longueurs d’onde, dans le bleu du visible ; quel mouvement cela indique-t-il ?

L’étoile se déplace perpendiculairement à la ligne de visée
L’étoile reste à distance constante de la Terre
L’étoile se rapproche de la Terre
L’étoile s’éloigne de la Terre

L’étoile se rapproche de la Terre

Explication

Le rapprochement d’une étoile décale ses raies vers les courtes longueurs d’onde, donc vers le bleu dans le visible. L’éloignement produit le décalage opposé, vers le rouge.

18. Pour déterminer la vitesse radiale d’une galaxie à partir de son spectre, quelle comparaison faut-il effectuer ?

Comparer la largeur de ses raies spectrales à la vitesse de rotation d’une étoile
Comparer sa luminosité totale à celle d’un astre situé à distance connue
Comparer les longueurs d’onde de son spectre d’absorption à celles d’un spectre de référence
Comparer l’intensité de son spectre d’absorption à celle d’une autre galaxie

Comparer les longueurs d’onde de son spectre d’absorption à celles d’un spectre de référence

Explication

La vitesse radiale peut être déterminée en mesurant le décalage des longueurs d’onde des raies d’absorption par rapport à un spectre de référence. La luminosité ou l’intensité seules ne fournissent pas cette comparaison de longueurs d’onde.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 36 flashcards sur Son et effet Doppler.

Qu’est-ce qu’une onde sonore ?

Un phénomène périodique vibratoire se propageant par des compressions et des dilatations dans un milieu matériel élastique.

De quoi une onde sonore a-t-elle besoin pour se propager ?

D’un milieu matériel élastique.

Une onde sonore se propage-t-elle dans le vide ?

Non, elle ne se propage pas dans le vide.

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