Propagation d'un signal sonore — Première Bac Pro ERA-MA
Durée : 10-15 min | Calculatrice autorisée
Barème : 20 points
Compléter les phrases suivantes :
a) Le son est une onde ... . Il a besoin d'un milieu ... pour se propager.
b) Le son ne se propage pas dans le ...
c) La vitesse du son dans l'air est d'environ ... m/s.
d) Le domaine audible va de ... Hz à ... Hz.
a) Le son est une onde mécanique. Il a besoin d'un milieu matériel pour se propager.
b) Le son ne se propage pas dans le vide.
c) Environ 340 m/s.
d) De 20 Hz à 20 000 Hz (20 kHz).
Un menuisier frappe sur une planche à 170 m de distance. On entend le bruit avec un retard.
a) Écrire la formule : \(t = \dfrac{d}{v}\)
b) Calculer le temps : \(t = \dfrac{170}{340} = ...\) s
a) \(t = \dfrac{d}{v}\)
b) \(t = \dfrac{170}{340} = \mathbf{0{,}5}\) s
Indiquer si les situations suivantes sont au-dessus ou en dessous du seuil de danger (85 dB) :
a) Conversation normale (50 dB) : au-dessus / en dessous ?
b) Scie circulaire (100 dB) : au-dessus / en dessous ?
c) Raboteuse (95 dB) : au-dessus / en dessous ?
d) Le port de protections auditives est obligatoire à partir de ... dB.
a) 50 dB : en dessous du seuil de danger.
b) 100 dB : au-dessus du seuil de danger.
c) 95 dB : au-dessus du seuil de danger.
d) Le port de protections auditives est obligatoire à partir de 85 dB.
a) Un son de fréquence 100 Hz est-il grave ou aigu ?
b) Un son de fréquence 8 000 Hz est-il grave ou aigu ?
c) Un son de fréquence 10 Hz est-il audible par l'oreille humaine ? Comment appelle-t-on ce type de son ?
d) Un son de fréquence 30 000 Hz est-il audible ? Comment l'appelle-t-on ?
a) 100 Hz : son grave.
b) 8 000 Hz : son aigu.
c) 10 Hz : non audible. C'est un infrason (f < 20 Hz).
d) 30 000 Hz : non audible. C'est un ultrason (f > 20 000 Hz).
Classer les milieux suivants du plus rapide au plus lent pour la propagation du son :
Air — Bois — Eau — Vide
Du plus rapide au plus lent :
Bois (~3 500 m/s) → Eau (~1 500 m/s) → Air (~340 m/s) → Vide (0 m/s, le son ne se propage pas).
Compléter les phrases suivantes :
a) Contrairement à la lumière, le son ne se propage pas dans le ...
b) Le son se propage plus vite dans les ... que dans les gaz.
c) Dans l'air, la vitesse du son est d'environ ... m/s.
d) Les sons de fréquence supérieure à 20 000 Hz sont appelés des ...
a) Le son ne se propage pas dans le vide.
b) Plus vite dans les solides que dans les gaz.
c) Environ 340 m/s.
d) Ce sont des ultrasons.
Un ébéniste travaille à 680 m d'un chantier où une explosion retentit. Il voit le flash puis entend le bruit.
a) Écrire la formule : \(t = \dfrac{d}{v}\)
b) Calculer le temps : \(t = \dfrac{680}{340} = ...\) s
a) \(t = \dfrac{d}{v}\)
b) \(t = \dfrac{680}{340} = \mathbf{2}\) s
Indiquer si les situations suivantes sont au-dessus ou en dessous du seuil de danger (85 dB) :
a) Ponceuse orbitale (80 dB) : au-dessus / en dessous ?
b) Tronçonneuse (110 dB) : au-dessus / en dessous ?
c) Perceuse (90 dB) : au-dessus / en dessous ?
d) Au-delà de ... dB, on atteint le seuil de douleur.
a) 80 dB : en dessous du seuil de danger.
b) 110 dB : au-dessus du seuil de danger.
c) 90 dB : au-dessus du seuil de danger.
d) Au-delà de 120 dB, on atteint le seuil de douleur.
a) Un son de fréquence 50 Hz est-il grave ou aigu ?
b) Un son de fréquence 12 000 Hz est-il grave ou aigu ?
c) Un son de fréquence 15 Hz est-il audible par l'oreille humaine ? Comment appelle-t-on ce type de son ?
d) Un son de fréquence 25 000 Hz est-il audible ? Comment l'appelle-t-on ?
a) 50 Hz : son grave.
b) 12 000 Hz : son aigu.
c) 15 Hz : non audible. C'est un infrason (f < 20 Hz).
d) 25 000 Hz : non audible. C'est un ultrason (f > 20 000 Hz).
Classer les milieux suivants du plus rapide au plus lent pour la propagation du son :
Eau — Acier — Vide — Air
Du plus rapide au plus lent :
Acier (~5 000 m/s) → Eau (~1 500 m/s) → Air (~340 m/s) → Vide (0 m/s, le son ne se propage pas).
Barème : 20 points
Un menuisier agenceur travaille à 2 m d'une scie circulaire dont le niveau sonore est de 100 dB à 1 m.
a) Rappeler de combien diminue le niveau sonore quand on double la distance.
b) Quel est le niveau sonore à 2 m ?
c) Est-ce encore au-dessus du seuil de danger ? Le port de protections est-il obligatoire ?
a) Quand on double la distance, le niveau sonore diminue de 6 dB.
b) À 2 m : \(100 - 6 = \mathbf{94}\) dB
c) Oui, 94 dB > 85 dB : c'est au-dessus du seuil de danger. Le port de protections auditives est obligatoire.
Le son d'une défonceuse a une fréquence de 4 000 Hz. La vitesse du son dans l'air est de 340 m/s.
a) Calculer la longueur d'onde de ce son dans l'air.
b) Calculer la période de ce son.
a) \(\lambda = \dfrac{c_{\text{son}}}{f} = \dfrac{340}{4\,000} = \mathbf{0{,}085}\) m = 8,5 cm
b) \(T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{4\,000} = \mathbf{2{,}5 \times 10^{-4}}\) s = 0,25 ms
Lors d'un orage, un ébéniste voit un éclair puis entend le tonnerre 4 secondes plus tard.
a) Pourquoi voit-on l'éclair avant d'entendre le tonnerre ?
b) Calculer la distance de l'orage (vitesse du son = 340 m/s).
a) La lumière se propage à \(3 \times 10^8\) m/s (quasi instantané), tandis que le son ne se propage qu'à 340 m/s. On voit l'éclair presque instantanément, mais le son met du temps à nous parvenir.
b) \(d = v \times t = 340 \times 4 = \mathbf{1\,360}\) m ≈ 1,4 km
Un aménageur d'intérieur compare deux types de cloisons pour un bureau :
Le bureau est situé à côté d'un atelier où le niveau sonore est de 90 dB.
a) Quel sera le niveau sonore dans le bureau avec la cloison A ?
b) Quel sera le niveau sonore avec la cloison B ?
c) Quelle cloison recommander pour un confort de travail (niveau < 50 dB) ?
a) Avec cloison A : \(90 - 35 = \mathbf{55}\) dB
b) Avec cloison B : \(90 - 50 = \mathbf{40}\) dB
c) La cloison B (double plaque + isolant) est recommandée car elle permet d'atteindre 40 dB, inférieur au seuil de confort de 50 dB.
Expliquer la différence entre le son et les ondes électromagnétiques en complétant le tableau :
| Critère | Son | Onde EM |
|---|---|---|
| Type d'onde | ... | ... |
| Propagation dans le vide | ... | ... |
| Vitesse dans l'air | ... | ... |
| Critère | Son | Onde EM |
|---|---|---|
| Type d'onde | Mécanique | Électromagnétique |
| Propagation dans le vide | Non | Oui |
| Vitesse dans l'air | ~340 m/s | ~3 x 10⁸ m/s |
Un ébéniste travaille à 4 m d'une raboteuse dont le niveau sonore est de 95 dB à 1 m.
a) Rappeler de combien diminue le niveau sonore quand on double la distance.
b) Quel est le niveau sonore à 2 m ? Puis à 4 m ?
c) Est-ce encore au-dessus du seuil de danger ? Le port de protections est-il obligatoire ?
a) Quand on double la distance, le niveau sonore diminue de 6 dB.
b) À 2 m : \(95 - 6 = \mathbf{89}\) dB. À 4 m : \(89 - 6 = \mathbf{83}\) dB.
c) À 4 m, 83 dB < 85 dB : c'est en dessous du seuil de danger. Le port de protections n'est pas obligatoire mais reste recommandé en cas d'exposition prolongée.
Le son d'une ponceuse a une fréquence de 2 500 Hz. La vitesse du son dans l'air est de 340 m/s.
a) Calculer la longueur d'onde de ce son dans l'air.
b) Calculer la période de ce son.
a) \(\lambda = \dfrac{v}{f} = \dfrac{340}{2\,500} = \mathbf{0{,}136}\) m = 13,6 cm
b) \(T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{2\,500} = \mathbf{4 \times 10^{-4}}\) s = 0,4 ms
Un menuisier agenceur se trouve à 100 m d'un chantier de démolition. Il voit une masse tomber puis entend le bruit 0,3 seconde plus tard.
a) Pourquoi voit-on l'impact avant d'entendre le bruit ?
b) Vérifier la distance du chantier par le calcul (vitesse du son = 340 m/s).
a) La lumière se propage à \(3 \times 10^8\) m/s (quasi instantané), tandis que le son ne se propage qu'à 340 m/s. On voit l'impact presque instantanément, mais le son met du temps à nous parvenir.
b) \(d = v \times t = 340 \times 0{,}3 = \mathbf{102}\) m ≈ 100 m (cohérent avec la distance estimée).
Un technicien d'agencement compare deux types de portes pour isoler un bureau d'un atelier :
L'atelier a un niveau sonore de 85 dB.
a) Quel sera le niveau sonore dans le bureau avec la porte A ?
b) Quel sera le niveau sonore avec la porte B ?
c) Quelle porte recommander pour un confort de travail (niveau < 50 dB) ?
a) Avec porte A : \(85 - 25 = \mathbf{60}\) dB
b) Avec porte B : \(85 - 40 = \mathbf{45}\) dB
c) La porte B (bois massif + joints) est recommandée car elle permet d'atteindre 45 dB, inférieur au seuil de confort de 50 dB.
Compléter le tableau comparatif entre le son et la lumière :
| Critère | Son | Lumière |
|---|---|---|
| Nature de l'onde | ... | ... |
| Besoin d'un milieu matériel | ... | ... |
| Vitesse dans l'air | ... | ... |
| Critère | Son | Lumière |
|---|---|---|
| Nature de l'onde | Mécanique | Électromagnétique |
| Besoin d'un milieu matériel | Oui | Non |
| Vitesse dans l'air | ~340 m/s | ~3 x 10⁸ m/s |
Barème : 20 points
Un menuisier agenceur travaille avec une scie circulaire (100 dB à 1 m). Il porte un casque anti-bruit qui atténue de 30 dB.
a) Quel est le niveau sonore perçu avec le casque ?
b) L'échelle des décibels est logarithmique : +10 dB correspond à une intensité multipliée par 10. Par combien l'intensité sonore est-elle divisée grâce au casque (atténuation de 30 dB) ?
a) \(100 - 30 = \mathbf{70}\) dB
b) 30 dB = 3 × 10 dB. Chaque +10 dB multiplie l'intensité par 10. Donc 30 dB correspond à un facteur \(10 \times 10 \times 10 = \mathbf{1\,000}\). Le casque divise l'intensité sonore par 1 000.
À 1 m d'une raboteuse, le niveau sonore est de 95 dB. On rappelle que doubler la distance fait perdre 6 dB.
a) Compléter le tableau :
| Distance (m) | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 |
|---|---|---|---|---|---|
| Niveau (dB) | 95 | ... | ... | ... | ... |
b) À quelle distance minimale faut-il se trouver pour être sous le seuil de danger (85 dB) sans protection ?
| Distance (m) | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 |
|---|---|---|---|---|---|
| Niveau (dB) | 95 | 89 | 83 | 77 | 71 |
b) À 4 m, le niveau est de 83 dB < 85 dB. Il faut se trouver à au moins 4 m de la raboteuse.
Un son se propage dans une poutre en chêne (\(v_{\text{bois}} = 3\,800\) m/s) et dans l'air (\(v_{\text{air}} = 340\) m/s). La fréquence du son est de 2 000 Hz.
a) Calculer la longueur d'onde du son dans l'air.
b) Calculer la longueur d'onde du son dans le bois.
c) La fréquence change-t-elle quand le son passe de l'air au bois ? Et la longueur d'onde ?
a) \(\lambda_{\text{air}} = \dfrac{340}{2\,000} = \mathbf{0{,}17}\) m = 17 cm
b) \(\lambda_{\text{bois}} = \dfrac{3\,800}{2\,000} = \mathbf{1{,}9}\) m
c) La fréquence ne change pas (elle dépend de la source). La longueur d'onde change : elle est plus grande dans le bois car le son y est plus rapide.
Un artisan menuisier veut isoler phoniquement un atelier. Il mesure un niveau sonore de 95 dB dans l'atelier et souhaite que le bureau adjacent ne dépasse pas 45 dB.
a) Quel affaiblissement acoustique la cloison doit-elle fournir ?
b) Parmi les solutions suivantes, laquelle est la plus adaptée ?
c) Si on ajoute une porte dans la cloison avec un affaiblissement de seulement 30 dB, le bruit passera-t-il principalement par la cloison ou par la porte ? Expliquer.
a) Affaiblissement nécessaire : \(95 - 45 = \mathbf{50}\) dB
b) La cloison double plâtre + laine (50 dB) est la seule qui atteint l'affaiblissement requis.
c) Le bruit passera principalement par la porte (30 dB d'affaiblissement seulement). Le maillon le plus faible de l'isolation détermine la performance globale. À travers la porte, le niveau serait de \(95 - 30 = 65\) dB, bien au-dessus de l'objectif de 45 dB.
Un technicien d'agencement mesure un niveau sonore \(L = 80\) dB. On donne \(L = 10 \times \log\left(\dfrac{I}{I_0}\right)\) avec \(I_0 = 10^{-12}\) W/m².
a) Calculer l'intensité sonore \(I\) correspondante.
b) Si deux machines identiques fonctionnent en même temps, l'intensité double. Quel est alors le nouveau niveau sonore ?
a) \(80 = 10 \times \log\left(\dfrac{I}{10^{-12}}\right)\) → \(\log\left(\dfrac{I}{10^{-12}}\right) = 8\) → \(\dfrac{I}{10^{-12}} = 10^8\) → \(I = \mathbf{10^{-4}}\) W/m²
b) Intensité doublée : \(I' = 2 \times 10^{-4}\) W/m².
\(L' = 10 \times \log\left(\dfrac{2 \times 10^{-4}}{10^{-12}}\right) = 10 \times \log(2 \times 10^8) = 10 \times (\log 2 + 8) = 10 \times (0{,}301 + 8) = \mathbf{83}\) dB
Doubler l'intensité ajoute environ 3 dB.
Un ébéniste travaille avec une défonceuse (105 dB à 1 m). Il utilise des bouchons d'oreille qui atténuent de 25 dB.
a) Quel est le niveau sonore perçu avec les bouchons ?
b) L'échelle des décibels est logarithmique : +10 dB correspond à une intensité multipliée par 10. Par combien l'intensité sonore est-elle divisée grâce aux bouchons (atténuation de 25 dB) ?
a) \(105 - 25 = \mathbf{80}\) dB
b) 25 dB = 2,5 × 10 dB. Le facteur est \(10^{2{,}5} = 10^2 \times 10^{0{,}5} = 100 \times \sqrt{10} \approx 100 \times 3{,}16 \approx \mathbf{316}\). Les bouchons divisent l'intensité sonore par environ 316.
À 1 m d'une scie à ruban, le niveau sonore est de 90 dB. On rappelle que doubler la distance fait perdre 6 dB.
a) Compléter le tableau :
| Distance (m) | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 |
|---|---|---|---|---|---|
| Niveau (dB) | 90 | ... | ... | ... | ... |
b) À quelle distance minimale faut-il se trouver pour être sous le seuil de danger (85 dB) sans protection ?
| Distance (m) | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 |
|---|---|---|---|---|---|
| Niveau (dB) | 90 | 84 | 78 | 72 | 66 |
b) À 2 m, le niveau est de 84 dB < 85 dB. Il faut se trouver à au moins 2 m de la scie à ruban.
Un son se propage dans une planche de hêtre (\(v_{\text{bois}} = 3\,300\) m/s) et dans l'air (\(v_{\text{air}} = 340\) m/s). La fréquence du son est de 1 000 Hz.
a) Calculer la longueur d'onde du son dans l'air.
b) Calculer la longueur d'onde du son dans le bois.
c) La fréquence change-t-elle quand le son passe de l'air au bois ? Et la longueur d'onde ?
a) \(\lambda_{\text{air}} = \dfrac{340}{1\,000} = \mathbf{0{,}34}\) m = 34 cm
b) \(\lambda_{\text{bois}} = \dfrac{3\,300}{1\,000} = \mathbf{3{,}3}\) m
c) La fréquence ne change pas (elle dépend de la source). La longueur d'onde change : elle est environ 10 fois plus grande dans le bois car le son y est plus rapide.
Un menuisier agenceur veut isoler phoniquement un showroom de cuisines. Il mesure un niveau sonore de 80 dB dans la rue et souhaite que le showroom ne dépasse pas 40 dB.
a) Quel affaiblissement acoustique la facade doit-elle fournir ?
b) Parmi les solutions suivantes, laquelle est la plus adaptée ?
c) Si la porte d'entrée n'atténue que de 30 dB, le bruit passera-t-il principalement par les fenêtres ou par la porte ? Expliquer.
a) Affaiblissement nécessaire : \(80 - 40 = \mathbf{40}\) dB
b) Le double vitrage acoustique renforcé (42 dB) est le seul qui atteint l'affaiblissement requis de 40 dB.
c) Le bruit passera principalement par la porte (30 dB seulement). Le maillon le plus faible de l'isolation détermine la performance globale. À travers la porte, le niveau serait de \(80 - 30 = 50\) dB, bien au-dessus de l'objectif de 40 dB.
Un technicien d'agencement mesure un niveau sonore \(L = 70\) dB. On donne \(L = 10 \times \log\left(\dfrac{I}{I_0}\right)\) avec \(I_0 = 10^{-12}\) W/m².
a) Calculer l'intensité sonore \(I\) correspondante.
b) Si trois machines identiques fonctionnent en même temps, l'intensité triple. Quel est alors le nouveau niveau sonore ?
a) \(70 = 10 \times \log\left(\dfrac{I}{10^{-12}}\right)\) → \(\log\left(\dfrac{I}{10^{-12}}\right) = 7\) → \(\dfrac{I}{10^{-12}} = 10^7\) → \(I = \mathbf{10^{-5}}\) W/m²
b) Intensité triplée : \(I' = 3 \times 10^{-5}\) W/m².
\(L' = 10 \times \log\left(\dfrac{3 \times 10^{-5}}{10^{-12}}\right) = 10 \times \log(3 \times 10^7) = 10 \times (\log 3 + 7) = 10 \times (0{,}477 + 7) = \mathbf{74{,}8}\) dB ≈ 75 dB
Tripler l'intensité ajoute environ 4,8 dB.