Un exercice de questions de cours sur les ondes

Cet exercice de 4 points du bac S 2004 Polynésie, dans l'ancien programme, se présente comme une série de six questions indépendantes. Chaque réponse doit être justifiée : un simple « vrai » ou « faux » ne rapporte rien. C'est un format idéal pour vérifier que les notions de base sur les ondes sont solides : relation entre longueur d'onde et célérité, diffraction, changement de milieu, célérité du son, absence de transport de matière et superposition des ondes.

Les passages clés, question par question

Question 1 : la longueur d'onde sur une corde

La corde est excitée à 50 Hz et l'onde s'y propage à 10 m/s. La longueur d'onde est la distance parcourue pendant une période : λ = v × T = v / f, soit 0,20 m, c'est-à-dire 20 cm. Les données ont deux chiffres significatifs, le résultat aussi.

Question 2 : la figure de diffraction

La diffraction étale la lumière dans la direction perpendiculaire à la fente. Une fente horizontale donne donc des taches alignées verticalement, avec une tache centrale deux fois plus large que les autres : c'est la figure C. Le piège consiste à choisir la figure B parce que la fente est horizontale. C'est la plus petite dimension de l'ouverture qui diffracte.

Question 3 : passage dans un milieu plus réfringent

La fréquence d'une radiation est imposée par la source et ne dépend pas du milieu : l'affirmation a) est vraie. Dans un milieu d'indice n, la célérité vaut c / n, donc la longueur d'onde λ = c / (n f) diminue quand n augmente : l'affirmation b) est fausse. La méthode à retenir : partir de la grandeur qui se conserve, la fréquence, puis en déduire la célérité et la longueur d'onde.

Question 4 : la célérité du son

D'après la formule fournie, la célérité est proportionnelle à la racine carrée de la température absolue : elle augmente quand la température augmente. La fréquence n'apparaît pas dans l'expression : sons graves et aigus vont à la même vitesse, l'air n'est pas dispersif pour le son. Enfin, l'ordre de grandeur proposé, 1 000 km/s, est faux : dans l'air, le son se propage à environ 340 m/s, soit 0,340 km/s. Le corrigé signale le piège des unités : 340 m/s correspondent à environ 1 200 km/h, ce qui peut faire croire que 1 000 est le bon ordre de grandeur.

Question 5 : le flotteur du pêcheur

Une onde mécanique propage une perturbation sans transport de matière. Au passage de l'onde, le flotteur monte et descend puis retrouve sa position : il n'est pas emporté à la célérité v. Il faut distinguer la célérité de l'onde et la vitesse d'un point du milieu.

Question 6 : le croisement de deux ébranlements

Deux ondes qui se croisent s'ajoutent pendant leur rencontre, puis chacune poursuit son chemin sans changer de forme, d'amplitude ni de sens. Après le croisement, le grand ébranlement continue vers la droite et le petit vers la gauche : seule la situation B est possible.

Conseils pour ce type d'exercice

Rédigez une justification courte mais complète pour chaque question, en citant la relation ou la propriété utilisée. Méfiez-vous des conversions d'unités et faites un schéma rapide pour les questions de diffraction et de superposition. Le sujet officiel et le corrigé détaillé sont disponibles gratuitement en PDF.