Ondes, interférences, diffraction. Concours audioprothésiste Bordeaux 2014

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Un faisceau laser  se propageant dans l'air arrive à l'interface air / verre avec un angle d'incidence de 13°. Quel est l'angle de réfraction ? ( 19,5° ; 8,6 ° ; 40,5 ° ; 0,3 ° ; 8,7 ° ).
nair sin i = nverre sin r ; sin i = 1,5 sin r ; sin r = sin 13 / 1,5 = 0,150 ; r = 8,6 °.
Donnez l'angle de réflexion totale à l'interface eau/ air. (48,8 ° ; 41,2 ° ; 46,2 ; 50,3 ° ; 37,9 °)
sin ilim = nair/ neau = 1/,33 = 0,752 ; ilim = 48,8 °.
Quelle est la longueur d'onde dans l'air du signal sonore dont l'oscillogramme est représenté ci-dessous ?
( 40 cm ; 0,85 mm ; 400 cm ; 21,25 cm ; 85 cm ).

l = vson T = 340*2,5 10-3=0,85 m = 85 cm.
Si un chanteur seul est perçu avec un niveau sonore de 65 dB, quel serait le niveau sonore perçu dans le cas de trois chanteurs de même puissance ?  ( 73 dB ; 71 dB ; 195 dB ; 70 dB ; 68 dB )
Pour un chanteur seul L = 10 log (I / I0) ;
 pour trois personnes chantant de manière identique : L' = 10 log (3I / I0) = L + 10 log 3 = 65+4,8=69,8 ~70 dB.
Si 25 violons jouant à la même puissance produisent un niveau sonore de 86 dB, quel est le niveau sonore d'un seul violon ?
(61 dB ; 72 dB ; 62 dB ; 3 dB ; 75 dB ).
L =86= 10 log ( 25 I / I0) =10 log 25 +10 log (I / I0) ; 10 log (I / I0) =86-10 log 25 =72 dB.
La plage de fréquences sonores audibles est en moyenne :
0 Hz - 20 MHz ; 20 Hz - 20 kHz (exact ) ; 20 Hz - 20 MHz ; 0 Hz - 20 kHz ; 0 Hz - 20 GHz.
Quelle courbe correspond à l'équation suivante  : u(t) = 200 cos ( 2pt/(4 10-3)) ?
T = 4 10-3 s = 4 ms ; amplitude 200 mV. Courbe A.


Un diapason émet un son pur ( sans harmonique ) de fréquence 880 Hz. Au bout de quelle durée ce son est-il perçu par une personne située à 10 m du diapason ? (88 s ; 88 ms ; 29 ms ; 11 ms ; 64 ms ).
t = d / vson = 10 / 340 = 0,0294 s ~29 ms.
Un diapason émet un son pur ( sans harmonique ) de fréquence 440 Hz. L'intensité sonore perçue par une personne située à 10 m du diapason est 12 10-10 W m-2. Quel est le niveau d'intensité sonore correspondant ? ( 30 dB ; 31 dB ; 32 dB ; 33 dB ; 34 dB ).
L = 10 log (I / I0) = 10 log ( 12 10-10 / 10-12) =30,8 ~31 dB.
La figure ci-dessous, obtenu sur un écran disposée après deux fentes éclairées par un laser, met en évidence deux phénomènes physiques.

Réfraction et réflexion ; diffraction et interférences ; diffraction et interférences ( exact ) ; diffraction et réfraction ; interférences et diffusion.
La figure ci-dessous est obtenue en éclairant une fente par un laser de longueur d'onde 632 nm. Cette figure est visualisée sur un écran situé à D=70 cm de cette fente. Déterminer la largeur de cette fente. ( 26 µm ; 52 µm ; 0,9 µm ; 13 µm ; 34 µm ).

Largeur de la tache centrale de diffraction L ~1,7 cm ;
L = 2lD / a soit a = 2lD/L = 2*0,632 *70 / 1,7 ~ 52 µm.



Une fente de largeur "a" est éclairée par un faisceau laser. Pour différentes largeurs de fente, on a mesuré la demi-largeur angulaire q de la tache centrale de la figure obtenue sur un écran. Les résultats ont permis de tracer le graphe ci-dessous sur lequel une interpolation linéaire a été effectuée. Déduisez-en la longueur d'onde du laser.
( 1040 nm ; 260 nm ; 15,6 µm ; 156 nm ; 520 nm ).


q = l/a ; le coefficient directeur de la droite est égal à la longueur d'onde soit 0,52 µm = 520 nm.
Même question. ( 543 nm ; 531 nm ; 552 nm ; 576 nm ; 512 nm ).


Le coefficient directeur de la droite est égal à la longueur d'onde soit 3,16 10-2 mm = 3,16 10-5 m
q = l /a ; q en rad et a en m ; q *3,14/180= l /(a 10-3) ; q en degré et a en mm.
 q = 180 103 / 3,14 l / a = 5,73 104 l/a ; 5,73 104 l = 3,16 10-2 ; l = 5,5152 10-7 m = 552 nm.
Même question. ( 702 nm ; 583 nm ; 632 nm ; 646 nm ; 904 nm ).

l = 2lD / a avec l, l, D et a en mètre ; 10-3l = 2lD / (a 10-3) avec  l, D en mètre et l et a en mm.
l = 2lD 106 / a ; 2lD 106 =0,904 ; l =0,90410-6 /(2*0,70) = 6,46 10-7 m = 646 nm.



Le phénomène qui permet de mettre en évidence le caractère ondulatoire de la lumière est : la réflexion ; la propagation ; la diffraction ( exact ) ; la réfraction ; l'atténuation.
Pour observer une figure d'interférences en lumière monochromatique, il faut :
deux lampes monochromatiques identiques indépendantes ;
deux lampes monochromatiques identiques branchées sur le même générateur ;
une seule lampe monochromatique munie d'un système permettant d'obtenir deux sources secondaires ( exact ) ;
deux lampes quelconques ;
deux lampes quelconques branchées sur le même générateur.
Une onde sonore se propageant dans l'air  :
 est longitudinale ( exact ) ;
est de même nature que la lumière ;
est de même nature que les ondes radio ; est transversale ; possède une vitesse de 340 km/h.
Une onde est dite progressive :
si son amplitude augmente avec le temps ;
si elle se propage dans une direction de l'espace ; (exact )
si elle est immobile dans l'espace ; si elle possède une fréquence unique ; si elle est longitudinale.
Deux ondes qui se croisent :
sont obligatoirement modifiées après leur rencontre ; s'arrêtent : il n'y a plus d'onde ;
peuvent poursuivre inchangées après leur rencontre ( exact ) ; changent de fréquence ; poursuivent leur chemin mais atténuées.
On réalise des interférences avec des fentes d'Young, les deux fentes de largeur a étant très proches l'une de l'autre, espacées d'une distance b. Sur l'écran, les franges d'interférences sont visibles en particulier dans la tache de diffraction. On compte 11 franges brillantes dans cette tache centrale de diffraction. Calculer le rapport b/a. (11 ; 5,5 ; 1 ; 22 ; 44 ).

On compte 10 interfranges i avec i = lD/ b.
Largeur de la tache centrale de diffraction : L = 2 l D/a= 10 i = 10 lD/b ; 1 / a = 5 / b ; b/a = 5.
Dans le cas de la diffraction d'une onde lumineuse monochromatique de longueur d'onde l par une fente de largeur "a", la tache centrale de diffraction a pour largeur angulaire :
l/a ; 2 l/a ( exact ) ; a/l ; 2a/l ; (l/a)2.
Par rapport au son, la lumière se propage :
102 fois plus vite ; 104 fois plus vite ; 106 fois plus vite ; 108 fois plus vite ; 1010 fois plus vite.
Dans l'air : 3 108 / 340 ~106.
Parmi les milieux matériels suivants, celui dans lequel la célérité du son est la plus grande est :
aluminium ( exact) ; huile ; eau ; air ; hélium.
Un son émis par un haut-parleur est une onde :
mécanique, longitudinale, progressive ( exact) ;
mécanique, transversale, stationnaire ; électromagnétique, transversale, progressive ;
électromagnétique, longitudinale, stationnaire ; mécanique, électromagnétique, progressive.
La lumière qui nous vient du soleil est une onde :
mécanique longitudinale progressive ; mécanique, transversale, stationnaire ; électromagnétique, transversale, progressive (exact ) ;
électromagnétique, longitudinale, stationnaire ; mécanique, électromagnétique, progressive.
La célérité d'une onde mécanique qui parcourt une distance de 800 m en une durée Dt = 4,0 s est :  50 m/s ; 200 km/s ; 720 km/h ; 3200 m/s ; 5 mm/s.
800/4,0 = 200 m/s ou 200*3,6 = 720 km/h.



Dans une piscine, un haut-parleur accroché au mur émet dans l'air une onde musicale de fréquence f0 = 338 Hz. La fréquence perçue dans l'eau par le plongeur est :
276 Hz ; 338 Hz ; 1491 Hz ; il ne peut pas entendre le son, qui n'a pas été émis dans l'eau ( exact) ; 77 Hz.
Seulement 0,1 % de la puissance sonore est transmise à la traversée du dioptre eau-air.
Une onde luminneuse de longueur d'onde dans le vide 492 nm, se propage dans du verre. Cette lumière est de couleur :
ultraviolette ; bleue ( exact ); orange ; infrarouge ; magenta.
Une onde luminneuse de longueur d'onde dans le vide 492 nm, se propage dans du verre. Sa longueur d'onde dans le milieu considéré est : 492 nm ; 328 nm ; 738 nm ; 503 nm ; 632 nm.
lverre = l0 / nverre = 492/1,5 =328 nm.
La relation liant la fréquence f ou la période T à la longueur d'onde l ( en notant v la célérité ) est :  v = lf ( exact ); f = l/v ; l = v f ; l = v /T ; f = lT.
Sur l'écran d'un oscilloscope on visualise les variations de la tension électrique aux bornes d'un microphone, au cours du temps. Les calibres sont : 5 mV / div et 0,5 ms / div.


La période temporelle est  : 0,3 ms ; 0,9 ms ( exact ) ; 1,1 ms ; 1,5 ms ; 0,6 ms.
L'amplitude de la tension est :0,6 mV ;1,5 mV ; 3 mV ; 15 mV ( exact ) ; 30 mV.
La valeur efficace de la tension est :10,6 mV ; 15 mV ; 1,5 mV ; 21,2 mV ; 30 mV.
15/1,414 ~ 10,6 mV.
Le son d'une clarinette est enregistré par un microphone. Cette tension est numérisée par un CAN 16 bits. La fréquence d'échantillonnage est réglée à 48 kHz. Le débit binaire ( en kilobits par seconde ) du flux audio associé à cet enregistrement est : 262 kbps ; 768kbps ; 12 300 kbps ; 49 200 kbps ; 48 kbps.
16*48 = 768 kbps.


  

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