Oui
Interférences
Ondes mécaniques
Sujet Bac Corrigé - Trombone de Koenig - Centres étrangers 1 2025 Jour 2 - Ex 2 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2025
Terminale spécialité
🎺 Un haut-parleur, deux tubes, un microphone : le trombone de Koenig permet de mesurer la célérité du son grâce aux interférences. Cet exercice de 5 points est le plus court du sujet, avec 8 questions.
- Conditions d'interférences : ondes cohérentes, interférences constructives ou destructives à l'oscilloscope.
- Différence de marche : relation δ = 2D, condition δ = kλ et expression des décalages constructifs.
- Mesure et Python : calcul de la célérité du son, boucle du programme et formule de la longueur d'onde.
Sujet officiel et corrigé détaillé en PDF, question par question, avec les pièges à éviter.
Fiche de cours
Diffraction et interférences — Terminale spécialité physique-chimie
L'essentiel du cours, les formules et les méthodes utiles pour cet exercice, sur une page gratuite.
Voir la fiche de coursCet exercice mobilise aussi : Ondes et son
✅ Correction
🫣
Correction Masquée
Avez-vous bien cherché l'exercice ?
Corrigé interactif · 8 questions
0 / 8 vues
Cherche d'abord la question sur le sujet, puis compare avec ce qu'il faut écrire sur ta copie.
Q1Justifier que le trombone de Koenig vérifie les conditions nécessaires à l'observation d'interférences au niveau du microphone.
Le son émis par l'unique haut-parleur se partage entre les deux tubes : les deux ondes qui se rejoignent au microphone proviennent de la même source.
Elles ont donc la même fréquence et, pour une position donnée du tube mobile, un déphasage qui ne varie pas au cours du temps.
Les deux ondes sont cohérentes et se superposent au microphone : des interférences peuvent y être observées.
Tu avais trouvé ?
Q2Préciser le type d'interférences observé sur la figure 4 et justifier si elle correspond à l'expérience 1 ou à l'expérience 2.
Indice Pour comparer deux ondes qui se rencontrent, regarder leur état au point de rencontre : deux crêtes ensemble, elles sont en phase ; une crête face à un creux, elles sont en opposition de phase.
Sur la figure 4, le signal du microphone (voie CH2) a une amplitude presque nulle alors que le GBF (voie CH1) délivre une tension sinusoïdale d'amplitude bien visible : les interférences sont destructives.
Dans l'agrandissement de la figure 2, l'une des ondes arrive au microphone sur un creux quand l'autre y arrive sur une crête : elles sont en opposition de phase et se compensent. Dans celui de la figure 3, les deux ondes arrivent ensemble sur une crête : elles sont en phase.
Interférences destructives : la figure 4 correspond à l'expérience 1.
Tu avais trouvé ?
Q3Pour l'expérience 2, exprimer la différence de marche δ en fonction du décalage D.
Lorsque le décalage est nul, les deux chemins ont la même longueur.
Tirer le tube mobile de D allonge de D sa branche du haut et de D sa branche du bas. Le chemin passant par le tube mobile s'allonge donc de 2D, celui du tube fixe ne change pas.
δ=2D
Le tube mobile tiré de D : deux longueurs D ajoutées au chemin de droite (en orange)Tu avais trouvé ?
Q4Rappeler la relation entre δ et la longueur d'onde λ dans le cas d'interférences constructives, avec un entier positif k.
Les interférences sont constructives lorsque les deux ondes arrivent en phase au microphone, c'est-à-dire lorsque la différence de marche est un multiple entier de la longueur d'onde.
δ=kλ, avec k entier positif
Tu avais trouvé ?
Q5Montrer, à l'aide des questions 3 et 4, que les décalages donnant des interférences constructives s'écrivent Dk=2k×fv.
Indice Dans un « montrer que », chaque égalité utilisée est annoncée avec son origine (question précédente ou relation de cours) avant d'être combinée aux autres.
Pour le décalage Dk : δ=2Dk (Q.3) et δ=kλ (Q.4), donc 2Dk=kλ.
La longueur d'onde est liée à la célérité et à la fréquence par λ=fv.
Ainsi 2Dk=k×fv, soit :
Dk=2k×fv
Tu avais trouvé ?
Q6En déduire la valeur de la célérité de l'onde sonore se propageant dans le trombone de Koenig.
Données utiles D1=4,35 cm=4,35×10−2 m ; f=4032 Hz
Le plus petit décalage donnant des interférences constructives correspond à k=1 : D1=21×fv, d'où
v=2D1f
v=2×4,35×10−2×4032=351 m⋅s−1
v=351 m⋅s−1
Tu avais trouvé ?
Q7Expliquer l'intérêt des lignes 8 et 9 du programme.
La ligne 8 ouvre une boucle : l'indice i prend successivement les valeurs 0, 1, 2, 3, 4, ce qui permet de parcourir les cinq couples de mesures (D[i], k[i]).
La ligne 9 calcule, pour chaque couple, la célérité correspondante avec la relation de Q.5 : vi=ki2fDi.
Ces deux lignes calculent une valeur de la célérité pour chacune des mesures de Dk, ce qui permet ensuite d'en faire la moyenne (ligne 12).
Tu avais trouvé ?
Q8Proposer, à la ligne 16, une formule utilisant les grandeurs du programme pour calculer la longueur d'onde λ (Lambda).
La relation λ=fv s'écrit avec la célérité moyenne Vson (ligne 12) et la fréquence f (ligne 5) :
Ligne 16 : Lambda=Vson/f
Tu avais trouvé ?
Le trombone de Koenig : mesurer la célérité du son par interférences
Le deuxième exercice du sujet de spécialité physique-chimie Centres étrangers 1 2025 (jour 2) porte sur un dispositif historique, le trombone de Koenig. Le son d'un haut-parleur se partage entre un tube fixe et un tube mobile, puis les deux ondes se rejoignent au niveau d'un microphone. En faisant coulisser le tube mobile, on passe d'interférences destructives à des interférences constructives. Noté sur 5 points, avec 8 questions, l'exercice se traite en 53 minutes environ.
Conditions d'interférences et lecture d'oscillogrammes (Q1 et Q2)
La première question attend le mot clé : les deux ondes sont cohérentes, car elles proviennent de la même source. Elles ont donc la même fréquence et un déphasage constant pour une position donnée du tube mobile. Se contenter de dire que deux ondes se superposent ne rapporte pas les points. Sur la figure 4, le signal du microphone a une amplitude presque nulle alors que le générateur délivre une tension bien visible : les interférences sont destructives. Pour relier cette figure à la bonne expérience, regardez l'état des deux ondes au point de rencontre : une crête face à un creux signifie une opposition de phase, ce qui correspond à l'expérience 1.
Différence de marche et décalages Dk (Q3 à Q5)
C'est le passage le plus délicat. Tirer le tube mobile d'une longueur D allonge à la fois sa branche du haut et sa branche du bas : la différence de marche vaut δ = 2D, et non D. Les interférences sont constructives lorsque δ = kλ, avec k entier. En combinant ces deux relations avec λ = v/f, on montre que Dk = (k/2) × v/f. Dans un « montrer que », citez l'origine de chaque égalité avant de les combiner.
Calcul de la célérité (Q6)
Le plus petit décalage constructif correspond à k = 1, d'où v = 2 D1 f. Avec D1 = 4,35 cm et f = 4032 Hz, on trouve v = 351 m·s⁻¹, valeur cohérente avec la célérité du son dans l'air. Attention à la conversion : laisser D1 en centimètres donne un résultat cent fois trop grand.
Le programme Python (Q7 et Q8)
Les lignes 8 et 9 parcourent les cinq couples de mesures avec une boucle et calculent une célérité pour chacun, ce qui permet ensuite d'en faire la moyenne et d'atténuer les erreurs de lecture. À la ligne 16, la longueur d'onde s'écrit Lambda=Vson/f. N'utilisez pas la liste V et respectez les majuscules, car Python distingue Vson de vson.
Conseils pour réussir
Cet exercice récompense la rigueur sur le vocabulaire des ondes : cohérence, différence de marche, phase et opposition de phase. Faites un schéma du tube mobile pour justifier le facteur 2, et vérifiez toujours l'ordre de grandeur d'une célérité calculée. Un exercice court qui peut rapporter tous ses points avec une rédaction soignée.