3e prépa-métiers | Physique-Chimie | Signaux
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Matériel : un stylo, un crayon à papier et la calculatrice (autorisée). Lis chaque question jusqu'au bout avant de répondre. Écris toujours l'unité à côté d'un résultat (m, s, Hz ou dB).
| Milieu | air | eau | acier | vide |
|---|---|---|---|---|
| Vitesse du son (environ) | 340 m/s | 1 500 m/s | 5 900 m/s | le son ne passe pas |
C1 · Aide : entre l'objet et l'oreille, il y a de la matière (gaz, liquide ou solide) → le son passe. Il y a le vide (l'espace) → le son ne passe pas.
1. Un son est produit par un objet qui… Entoure la bonne réponse : brille / vibre / chauffe
2. Le son peut-il arriver jusqu'à l'oreille ? Coche la bonne case.
| Situation | Oui | Non |
|---|---|---|
| a) À la piscine, la tête sous l'eau, tu entends le sifflet du maître-nageur. | ☐ | ☐ |
| b) Tu entends le marteau du voisin à travers le mur. | ☐ | ☐ |
| c) Sur la Lune, un astronaute crie. Son collègue, sans radio, l'entend. | ☐ | ☐ |
| d) L'oreille collée sur la table, tu entends un camarade gratter l'autre bout. | ☐ | ☐ |
| e) Un satellite explose dans l'espace. On entend le bruit depuis la Terre. | ☐ | ☐ |
| f) Le professeur parle dans la classe. | ☐ | ☐ |
3. Une sonnette sonne sous une cloche en verre. Une pompe retire l'air de la cloche : on n'entend presque plus rien. Pourquoi ? Coche la bonne réponse.
☐ la sonnette ne vibre plus
☐ il n'y a presque plus d'air pour transmettre le son
1. Un son est produit par un objet qui vibre (1 pt).
2. 0,5 pt par ligne. a) Oui : l'eau est un liquide. b) Oui : le mur est un solide. c) Non : sur la Lune, il n'y a pas d'air, c'est le vide. d) Oui : la table est un solide. e) Non : entre le satellite et la Terre, c'est le vide. f) Oui : l'air est un gaz.
3. La deuxième réponse (1 pt). La sonnette vibre toujours (on voit le marteau bouger), mais sans air, la vibration ne peut plus voyager jusqu'à nous.
C2 · Aide : dans l'air, v = 340 m/s. Pour une distance : d = v × t. Pour une durée : t = d / v.
Kylian joue au foot sur le city-stade. Il voit un éclair. Il compte 5 secondes, puis il entend le tonnerre.
1. Pourquoi voit-on l'éclair avant d'entendre le tonnerre ? Coche la bonne réponse.
☐ le son va beaucoup plus vite que la lumière
☐ la lumière va beaucoup plus vite que le son
2. Calcule la distance entre Kylian et la foudre. Complète.
d = v × t = 340 × = m
Le soir du 14 Juillet, Nora regarde un feu d'artifice. La fusée explose à 1 020 m d'elle.
3. Calcule la durée que met le bruit de l'explosion pour arriver à Nora. Complète.
t = d / v = / 340 = s
1. La deuxième réponse (1 pt) : la lumière arrive presque tout de suite, le son met du temps.
2. d = 340 × 5 = 1 700 m (0,5 pt pour 5, 1,5 pt pour le résultat avec l'unité). L'orage est à moins de 2 km : Kylian doit s'abriter dans un bâtiment.
3. t = 1 020 / 340 = 3 s (0,5 pt pour 1 020, 1,5 pt pour le résultat avec l'unité). Nora voit l'explosion, puis l'entend 3 secondes plus tard.
C3, C4 · Aide : la fréquence = le nombre de vibrations en 1 seconde, en hertz (Hz). Grande fréquence → son aigu. Petite fréquence → son grave.
1. Une corde de guitare vibre 110 fois en 1 seconde. Complète : la fréquence du son est Hz.
2. Son A : 300 Hz. Son B : 3 000 Hz. Quel est le son le plus aigu ? Entoure : son A / son B
3. Convertis : 40 kHz = 40 × 1 000 = Hz.
4. Pour chaque son, coche la bonne case. Utilise les rappels.
| Son | Infrason | Son audible | Ultrason |
|---|---|---|---|
| a) 5 Hz | ☐ | ☐ | ☐ |
| b) 1 000 Hz | ☐ | ☐ | ☐ |
| c) 40 kHz (capteur de recul d'une voiture) | ☐ | ☐ | ☐ |
| d) 15 Hz | ☐ | ☐ | ☐ |
| e) 18 000 Hz | ☐ | ☐ | ☐ |
1. 110 vibrations en 1 seconde : la fréquence est 110 Hz (1 pt).
2. Son B : 3 000 Hz est plus grand que 300 Hz (1 pt).
3. 40 kHz = 40 000 Hz (0,5 pt).
4. 0,5 pt par ligne. a) 5 Hz < 20 Hz : infrason. b) 1 000 Hz est entre 20 et 20 000 Hz : audible. c) 40 000 Hz > 20 000 Hz : ultrason. d) 15 Hz < 20 Hz : infrason. e) 18 000 Hz est entre 20 et 20 000 Hz : audible.
C5 · Aide : je compare le niveau sonore avec 85 dB. 85 dB ou plus → dangereux si le bruit dure.
Niveaux sonores habituels, à quelques mètres de la source (repères du ministère chargé de la Santé et de l'INRS) :
1. Dans le tableau, entoure « dangereux » ou « pas dangereux » sur chaque ligne.
| Bruit | Niveau sonore | Entoure |
|---|---|---|
| a) une chambre calme | 30 dB | dangereux / pas dangereux |
| b) une conversation | 60 dB | dangereux / pas dangereux |
| c) une tondeuse à gazon | 90 dB | dangereux / pas dangereux |
| d) un marteau-piqueur | 100 dB | dangereux / pas dangereux |
2. Quel appareil mesure le niveau sonore ? Entoure : un thermomètre / un sonomètre / une balance
3. Complète : le niveau sonore s'exprime en (symbole dB).
4. Lucas travaille à côté d'une machine bruyante. Coche les deux bons gestes.
☐ porter un casque antibruit
☐ monter le son de ses écouteurs pour couvrir la machine
☐ s'éloigner de la machine quand il ne l'utilise pas
☐ attendre d'avoir mal aux oreilles pour mettre des bouchons
1. 0,5 pt par ligne. a) 30 dB < 85 dB : pas dangereux. b) 60 dB < 85 dB : pas dangereux. c) 90 dB > 85 dB : dangereux. d) 100 dB > 85 dB : dangereux.
2. Un sonomètre (1 pt).
3. En décibels (1 pt).
4. Porter un casque antibruit et s'éloigner de la machine (0,5 pt chacun). Monter le son ajoute du bruit ; l'oreille s'abîme dès 85 dB, sans avoir mal.
C1 · Savoir qu'un son a besoin d'un milieu matériel pour se propager.
1. Une enceinte joue de la musique. Explique comment le son arrive jusqu'à ton oreille.
Le professeur fait sonner une sonnette sous une cloche en verre. Puis il met en marche une pompe qui retire l'air de la cloche. On voit toujours le marteau de la sonnette bouger, mais on n'entend presque plus rien. Quand l'air revient, on entend de nouveau la sonnerie.
2. À l'étape 2, la sonnette produit-elle encore une vibration ? Comment le sait-on ?
3. Quelle conclusion tire-t-on de cette expérience ?
4. Dans un film, on entend un vaisseau exploser dans l'espace. Est-ce possible dans la réalité ? Justifie.
1. La membrane de l'enceinte vibre (0,5 pt). Elle pousse l'air, qui pousse l'air suivant : la vibration se transmet de proche en proche dans l'air (0,5 pt) jusqu'à l'oreille (0,5 pt). L'air ne voyage pas : c'est la vibration qui avance.
2. Oui (0,5 pt) : on voit le marteau bouger (0,5 pt).
3. Le son a besoin de matière (ici l'air) pour se propager : il ne se propage pas dans le vide (1 pt).
4. Non (0,5 pt). Dans l'espace, il n'y a presque pas de matière : c'est le vide (0,5 pt). Le son ne se propage pas dans le vide : le bruit est ajouté au montage du film (0,5 pt).
C2 · Utiliser la vitesse du son pour relier distance et durée. Utilise les vitesses des rappels.
1. Pendant un orage, Lucas compte 7 s entre l'éclair et le tonnerre. Calcule la distance de l'orage en mètres.
2. Au départ d'une course, le juge tire au pistolet. Amine est assis dans les tribunes, à 85 m du juge. Calcule la durée que met le bruit du pistolet pour arriver à Amine.
Le sonar d'un bateau de pêche envoie un son vers le fond de la mer. L'écho revient 0,6 s plus tard.
3. Calcule la distance parcourue par le son pendant l'aller et le retour.
4. Déduis-en la profondeur de la mer à cet endroit.
1. Dans l'air, v = 340 m/s. d = v × t = 340 × 7 = 2 380 m, environ 2,4 km (0,5 pt formule, 1 pt résultat avec l'unité).
2. t = d / v = 85 / 340 = 0,25 s (0,5 pt formule, 1 pt résultat avec l'unité). Amine voit la fumée du pistolet un peu avant d'entendre le coup.
3. Dans l'eau, v = 1 500 m/s. d = v × t = 1 500 × 0,6 = 900 m aller et retour (1 pt ; 0 pt si on prend 340 m/s).
4. Le son a fait deux fois le trajet : profondeur = 900 / 2 = 450 m (1 pt).
C3, C4 · Fréquence d'un son ; sons audibles, infrasons et ultrasons.
1. Qu'est-ce que la fréquence d'un son ? Donne son unité.
2. Sami tient une règle sur le bord de la table et la fait vibrer. D'abord, elle dépasse de 25 cm. Ensuite, elle dépasse de 8 cm. Dans quel cas le son est-il le plus aigu ? Explique avec le mot « fréquence ».
3. Complète le tableau : écris chaque fréquence en Hz, puis son domaine (infrason, audible ou ultrason).
| Son | Fréquence donnée | Fréquence en Hz | Domaine |
|---|---|---|---|
| a) appel d'un éléphant | 16 Hz | ||
| b) note la d'un diapason | 440 Hz | ||
| c) cri d'une chauve-souris | 50 kHz | ||
| d) sifflet pour chien | 25 kHz | ||
| e) sirène d'alarme | 2 kHz |
1. La fréquence est le nombre de vibrations en 1 seconde (0,5 pt). Unité : le hertz (Hz) (0,5 pt).
2. Avec 8 cm (0,5 pt). La règle plus courte vibre plus vite : elle fait plus de vibrations en 1 seconde, sa fréquence est plus grande (0,5 pt), donc le son est plus aigu (0,5 pt).
3. 0,5 pt par ligne. a) 16 Hz < 20 Hz : infrason. b) 440 Hz : audible. c) 50 kHz = 50 000 Hz > 20 000 Hz : ultrason. d) 25 kHz = 25 000 Hz > 20 000 Hz : ultrason. e) 2 kHz = 2 000 Hz : audible.
C5 · Connaître les risques auditifs et les moyens de se protéger.
Document : le danger dépend du niveau sonore et de la durée. Ces niveaux font autant de dégâts à l'oreille que 8 heures à 80 dB. Source : INRS.
| Niveau sonore | 80 dB | 83 dB | 86 dB | 89 dB | 92 dB | 95 dB |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Même risque pour une durée de | 8 h | 4 h | 2 h | 1 h | 30 min | 15 min |
Dans un atelier de menuiserie, une raboteuse fait 95 dB. Selon l'INRS, beaucoup de machines à bois dépassent 90 dB.
1. Ce bruit est-il dangereux ? Justifie avec un nombre.
2. Avec le tableau : combien de temps à 95 dB fait autant de dégâts que 8 h à 80 dB ? Et à 86 dB ?
3. Cite deux problèmes que peut causer un bruit trop fort ou trop long.
4. Léa sort d'un concert. Elle entend des sifflements qui ne viennent de nulle part. Comment s'appelle ce problème ? Donne deux conseils pour son prochain concert.
1. Oui : 95 dB est plus grand que 85 dB, le seuil de danger (1 pt). Le menuisier doit porter un casque antibruit ou des bouchons.
2. À 95 dB : 15 minutes (0,75 pt). À 86 dB : 2 heures (0,75 pt).
3. Deux réponses parmi : la fatigue auditive (on entend moins bien pendant quelques heures), les acouphènes (sifflements), la surdité (perte définitive d'une partie de l'audition). 0,5 pt chacune.
4. Ce sont des acouphènes (0,5 pt). Conseils, deux parmi : porter des bouchons d'oreille ; rester loin des enceintes ; faire des pauses au calme (0,5 pt chacun). Si les sifflements durent plus d'une journée, elle doit voir un médecin.
C1 · Sur un chantier, Yanis tape un coup de marteau sur un long tuyau en acier. Son collègue Malik est à l'autre bout, l'oreille près du tuyau. Malik entend deux coups, l'un juste après l'autre.
1. Dans quels deux milieux le son du coup a-t-il voyagé jusqu'à Malik ? Quel son arrive en premier ? Justifie avec les vitesses des rappels.
2. Sur la Lune, deux astronautes sont à 3 m l'un de l'autre. Pourquoi se parlent-ils par radio et pas en criant ?
3. Inès dit : « Dans le vide, le son va encore plus vite, car rien ne le gêne. » Explique son erreur.
1. Le son a voyagé dans l'acier du tuyau et dans l'air (1 pt). Le son va beaucoup plus vite dans l'acier (5 900 m/s) que dans l'air (340 m/s) : le premier coup entendu est celui qui passe par le tuyau (1 pt).
2. La Lune n'a pas d'atmosphère : entre les deux casques, c'est le vide (0,5 pt). Le son ne se propage pas dans le vide : l'autre n'entendrait rien (0,5 pt). Les ondes radio, elles, voyagent dans le vide (0,5 pt).
3. Le son est une vibration de la matière : il a besoin d'un milieu matériel pour avancer (0,75 pt). Dans le vide, il n'y a pas de matière à faire vibrer : le son ne se propage pas du tout (0,75 pt).
C2 · Utilise les vitesses des rappels. Détaille chaque calcul.
1. En randonnée, Sarah crie face à une falaise. Elle entend l'écho de sa voix 2 s plus tard. Calcule la distance entre Sarah et la falaise.
2. Pendant un orage, Noé compte 12 s entre l'éclair et le tonnerre. Calcule la distance de l'orage, en m puis en km (arrondie à l'unité). Vérifie avec l'astuce « je divise les secondes par 3 ».
3. Un navire de recherche étudie un endroit où la mer a 3 000 m de profondeur. Son sonar envoie un son vers le fond. Au bout de combien de temps l'écho revient-il ?
1. Dans l'air : d = v × t = 340 × 2 = 680 m (0,5 pt) : c'est l'aller et le retour (0,5 pt). Distance de la falaise = 680 / 2 = 340 m (0,5 pt).
2. d = 340 × 12 = 4 080 m, soit environ 4 km (1 pt). Astuce : 12 / 3 = 4 km, on retrouve le même résultat (0,5 pt).
3. Le son fait l'aller et le retour : distance = 2 × 3 000 = 6 000 m (0,75 pt). Dans l'eau, v = 1 500 m/s (0,25 pt). t = d / v = 6 000 / 1 500 = 4 s (1 pt).
C3, C4 · Document : l'oreille humaine entend de 20 Hz à 20 000 Hz ; avec l'âge, un adulte n'entend souvent plus les sons au-dessus de 15 000 Hz. Le chien entend jusqu'à environ 45 000 Hz.
1. À l'hôpital, une échographie utilise des sons de 3 000 000 Hz. La future maman n'entend rien pendant l'examen. Explique pourquoi.
2. On émet un son de 30 kHz, puis un son de 17 000 Hz. Pour chaque son, dis qui peut l'entendre : un chien, un élève de 15 ans, un adulte de 50 ans. Justifie avec des nombres.
3. Kenza dit : « Le son de la sirène est très aigu, donc il est très fort. » Explique son erreur.
1. 3 000 000 Hz est bien plus grand que 20 000 Hz (0,5 pt) : ce sont des ultrasons (0,5 pt), trop aigus pour l'oreille humaine (0,5 pt).
2. 30 kHz = 30 000 Hz : plus de 20 000 Hz, c'est un ultrason ; mais moins de 45 000 Hz : seul le chien l'entend (1 pt). 17 000 Hz : son audible, plus petit que 20 000 Hz et que 45 000 Hz ; le chien et l'élève l'entendent ; l'adulte de 50 ans ne l'entend souvent plus, car c'est plus de 15 000 Hz (1 pt).
3. Aigu ou grave dépend de la fréquence, en Hz (0,5 pt). Fort ou faible dépend du niveau sonore, en dB (0,5 pt). Un son peut être aigu et faible, comme un petit sifflement : aigu ne veut pas dire fort (0,5 pt).
C5 · Document : chaque fois qu'on ajoute 3 dB, il faut diviser par 2 la durée pour garder le même risque. Ces niveaux font autant de dégâts que 8 heures à 80 dB. Source : INRS.
| Niveau sonore | 80 dB | 83 dB | 86 dB | 89 dB | 92 dB | 95 dB |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Même risque pour une durée de | 8 h | 4 h | 2 h | 1 h | 30 min | 15 min |
1. En France, un concert peut atteindre 102 dB en moyenne (décret du 7 août 2017). Prolonge le tableau : calcule la durée pour le même risque à 98 dB, puis à 101 dB.
2. Dans un atelier, deux machines de 89 dB chacune tournent en même temps. Ensemble, elles font environ 3 dB de plus qu'une seule. Donne le niveau sonore, puis la durée pour le même risque que 8 h à 80 dB.
3. Propose trois mesures pour protéger les oreilles des personnes qui travaillent dans cet atelier.
1. 98 dB = 95 + 3 : 15 / 2 = 7,5 min (1 pt). 101 dB = 98 + 3 : 7,5 / 2 = 3,75 min, moins de 4 minutes (1 pt). Rester près des enceintes pendant tout un concert est donc très dangereux sans bouchons.
2. 89 + 3 = 92 dB (0,75 pt), et non 178 dB. Dans le tableau, 92 dB correspond à 30 minutes (0,75 pt).
3. 0,5 pt par mesure, trois parmi : faire porter un casque antibruit ou des bouchons ; afficher le panneau bleu d'obligation de protections auditives ; éloigner les postes de travail des machines ; organiser des pauses dans un endroit calme ; ne pas faire tourner les deux machines en même temps sans raison.