Caractéristiques d'un son — Physique-Chimie — Seconde Bac Pro
Dernière mise à jour : 19 mai 2026
Durée : 10-15 min | Calculatrice autorisée
Barème : 20 points
Répondre par vrai ou faux. Justifier si c'est faux.
a) Le son peut se propager dans le vide.
b) Le son se propage plus vite dans l'air que dans le bois.
c) Le son est produit par un objet en vibration.
a) FAUX — Le son ne se propage pas dans le vide, il a besoin d'un milieu matériel.
b) FAUX — Le son se propage plus vite dans les solides (bois : 3 000 à 5 000 m/s) que dans l'air (340 m/s).
c) VRAI — Tout objet en vibration produit un son.
Classer les fréquences suivantes dans la bonne catégorie (infrason, son audible ou ultrason) :
a) \(f = 10 \text{ Hz}\)
b) \(f = 440 \text{ Hz}\)
c) \(f = 25\,000 \text{ Hz}\)
d) \(f = 5\,000 \text{ Hz}\)
a) \(10 < 20\) → infrason
b) \(20 \leq 440 \leq 20\,000\) → son audible
c) \(25\,000 > 20\,000\) → ultrason
d) \(20 \leq 5\,000 \leq 20\,000\) → son audible
Un menuisier utilise une scie circulaire. Le bruit met 0,5 s pour atteindre son collègue.
a) Quelle est la vitesse du son dans l'air ?
b) Calculer la distance entre les deux personnes : \(d = v \times t = 340 \times ... = ...\) m
a) \(v = \mathbf{340 \text{ m/s}}\) dans l'air à 20 °C.
b) \(d = 340 \times 0{,}5 = \mathbf{170 \text{ m}}\)
En atelier, les niveaux sonores suivants sont mesurés :
| Machine | Niveau sonore (dB) |
|---|---|
| Ponceuse à bande | 95 |
| Conversation normale | 60 |
| Scie circulaire | 102 |
a) Pour quelle(s) machine(s) le port d'EPI auditifs est-il obligatoire ?
b) Quel est le seuil de douleur ?
c) Citer deux types de protecteurs auditifs utilisés en atelier.
a) Le port d'EPI auditifs est obligatoire pour la ponceuse à bande (95 dB > 85 dB) et la scie circulaire (102 dB > 85 dB).
b) Le seuil de douleur est de 120 dB.
c) Bouchons d'oreilles et casques anti-bruit.
Un diapason produit un son de fréquence \(f = 440 \text{ Hz}\). La célérité du son dans l'air est \(v = 340 \text{ m/s}\).
a) Ce son est-il grave ou aigu ?
b) Calculer la longueur d'onde : \(\lambda = \dfrac{340}{440} = ...\) m
a) Le La 440 Hz est un son de fréquence moyenne (ni très grave ni très aigu dans la gamme audible).
b) \(\lambda = \dfrac{340}{440} \approx \mathbf{0{,}77 \text{ m}}\) soit environ 77 cm.
Barème : 20 points
Répondre par vrai ou faux. Justifier si c'est faux.
a) Le son se propage dans l'eau.
b) Le son se propage plus vite dans l'acier que dans l'air.
c) Le son peut se propager dans le vide spatial.
a) VRAI — L'eau est un milieu matériel, le son s'y propage (à environ 1 500 m/s).
b) VRAI — Le son se propage plus vite dans les solides (acier : 5 000 m/s) que dans l'air (340 m/s).
c) FAUX — Le son ne se propage pas dans le vide, il a besoin d'un milieu matériel.
Classer les fréquences suivantes dans la bonne catégorie (infrason, son audible ou ultrason) :
a) \(f = 15 \text{ Hz}\)
b) \(f = 1\,000 \text{ Hz}\)
c) \(f = 50\,000 \text{ Hz}\)
d) \(f = 200 \text{ Hz}\)
a) \(15 < 20\) → infrason
b) \(20 \leq 1\,000 \leq 20\,000\) → son audible
c) \(50\,000 > 20\,000\) → ultrason
d) \(20 \leq 200 \leq 20\,000\) → son audible
Un artisan utilise une perceuse. Le bruit met 0,8 s pour atteindre son apprenti.
a) Quelle est la vitesse du son dans l'air ?
b) Calculer la distance entre les deux personnes : \(d = v \times t = 340 \times ... = ...\) m
a) \(v = \mathbf{340 \text{ m/s}}\) dans l'air à 20 °C.
b) \(d = 340 \times 0{,}8 = \mathbf{272 \text{ m}}\)
En atelier, les niveaux sonores suivants sont mesurés :
| Machine | Niveau sonore (dB) |
|---|---|
| Raboteuse | 100 |
| Ventilation | 55 |
| Défonceuse | 98 |
a) Pour quelle(s) machine(s) le port d'EPI auditifs est-il obligatoire ?
b) Quel est le seuil de douleur ?
c) Citer deux types de protecteurs auditifs utilisés en atelier.
a) Le port d'EPI auditifs est obligatoire pour la raboteuse (100 dB > 85 dB) et la défonceuse (98 dB > 85 dB).
b) Le seuil de douleur est de 120 dB.
c) Bouchons d'oreilles et casques anti-bruit.
Une guitare produit un son de fréquence \(f = 880 \text{ Hz}\). La célérité du son dans l'air est \(v = 340 \text{ m/s}\).
a) Ce son est-il grave ou aigu ?
b) Calculer la longueur d'onde : \(\lambda = \dfrac{340}{880} = ...\) m
a) Le La 880 Hz est un son aigu (fréquence élevée, supérieure au La 440 Hz).
b) \(\lambda = \dfrac{340}{880} \approx \mathbf{0{,}39 \text{ m}}\) soit environ 39 cm.
Barème : 20 points
Un artisan menuisier entend un coup de tonnerre 4 s après avoir vu l'éclair. La célérité du son dans l'air est \(v = 340 \text{ m/s}\).
a) Calculer la distance entre l'artisan et l'éclair.
b) Pourquoi peut-on négliger le temps de propagation de la lumière ?
a) \(d = v \times t = 340 \times 4 = \mathbf{1\,360 \text{ m}}\) soit environ 1,4 km.
b) La lumière se propage à \(300\,000 \text{ km/s}\), ce qui est quasiment instantané à cette distance. Le temps de propagation de la lumière est négligeable devant celui du son.
Une défonceuse produit un bruit de fréquence fondamentale \(f = 1\,700 \text{ Hz}\) et de niveau sonore 98 dB.
a) Ce son est-il grave ou aigu ? Justifier par rapport au La 440 Hz.
b) Calculer la longueur d'onde de ce son dans l'air (\(v = 340 \text{ m/s}\)).
c) Le menuisier doit-il porter des protections auditives ? Justifier.
a) \(f = 1\,700 \text{ Hz} > 440 \text{ Hz}\), le son est plus aigu que le La musical.
b) \(\lambda = \dfrac{340}{1\,700} = \mathbf{0{,}20 \text{ m}}\) soit 20 cm.
c) Oui. Le niveau sonore de 98 dB dépasse le seuil de 85 dB(A). Le port de protecteurs auditifs est obligatoire.
Le son se propage dans le bois de chêne à \(v = 4\,000 \text{ m/s}\). Un contrôleur envoie une impulsion ultrasonore de fréquence \(f = 500 \text{ kHz}\) dans une planche d'épaisseur 5 cm.
a) Convertir la fréquence en Hz et l'épaisseur en m.
b) Calculer la longueur d'onde \(\lambda\) de l'ultrason dans le bois.
c) Calculer le temps mis par l'ultrason pour traverser la planche.
a) \(f = 500 \text{ kHz} = 500\,000 \text{ Hz}\). Épaisseur : \(d = 5 \text{ cm} = 0{,}05 \text{ m}\).
b) \(\lambda = \dfrac{v}{f} = \dfrac{4\,000}{500\,000} = \mathbf{0{,}008 \text{ m} = 8 \text{ mm}}\)
c) \(t = \dfrac{d}{v} = \dfrac{0{,}05}{4\,000} = \mathbf{1{,}25 \times 10^{-5} \text{ s} = 12{,}5 \text{ µs}}\)
Deux sons ont la même fréquence (440 Hz) et la même intensité (70 dB), mais l'un est émis par une guitare et l'autre par une flûte. On les distingue pourtant facilement.
a) Quelle caractéristique du son permet de les différencier ?
b) De quoi dépend cette caractéristique ?
a) C'est le timbre qui permet de différencier deux instruments jouant la même note à la même intensité.
b) Le timbre dépend de la forme de l'onde sonore et de la richesse en harmoniques (multiples de la fréquence fondamentale). Chaque instrument produit un spectre harmonique différent.
Citer trois moyens utilisés en atelier de menuiserie pour limiter la propagation du bruit et protéger les travailleurs.
(On peut aussi citer le port d'EPI : bouchons d'oreilles, casques anti-bruit.)
Barème : 20 points
Un menuisier entend le bruit d'un orage 6 s après avoir vu l'éclair. La célérité du son dans l'air est \(v = 340 \text{ m/s}\).
a) Calculer la distance entre le menuisier et l'éclair.
b) Pourquoi peut-on négliger le temps de propagation de la lumière ?
a) \(d = v \times t = 340 \times 6 = \mathbf{2\,040 \text{ m}}\) soit environ 2,0 km.
b) La lumière se propage à \(300\,000 \text{ km/s}\), ce qui est quasiment instantané à cette distance. Le temps de propagation de la lumière est négligeable devant celui du son.
Une raboteuse produit un bruit de fréquence fondamentale \(f = 2\,500 \text{ Hz}\) et de niveau sonore 100 dB.
a) Ce son est-il grave ou aigu ? Justifier par rapport au La 440 Hz.
b) Calculer la longueur d'onde de ce son dans l'air (\(v = 340 \text{ m/s}\)).
c) Le menuisier doit-il porter des protections auditives ? Justifier.
a) \(f = 2\,500 \text{ Hz} > 440 \text{ Hz}\), le son est plus aigu que le La musical.
b) \(\lambda = \dfrac{340}{2\,500} = \mathbf{0{,}136 \text{ m}}\) soit environ 13,6 cm.
c) Oui. Le niveau sonore de 100 dB dépasse le seuil de 85 dB(A). Le port de protecteurs auditifs est obligatoire.
Le son se propage dans le bois de hêtre à \(v = 3\,500 \text{ m/s}\). Un contrôleur envoie une impulsion ultrasonore de fréquence \(f = 200 \text{ kHz}\) dans une planche d'épaisseur 8 cm.
a) Convertir la fréquence en Hz et l'épaisseur en m.
b) Calculer la longueur d'onde \(\lambda\) de l'ultrason dans le bois.
c) Calculer le temps mis par l'ultrason pour traverser la planche.
a) \(f = 200 \text{ kHz} = 200\,000 \text{ Hz}\). Épaisseur : \(d = 8 \text{ cm} = 0{,}08 \text{ m}\).
b) \(\lambda = \dfrac{v}{f} = \dfrac{3\,500}{200\,000} = \mathbf{0{,}0175 \text{ m} = 17{,}5 \text{ mm}}\)
c) \(t = \dfrac{d}{v} = \dfrac{0{,}08}{3\,500} \approx \mathbf{2{,}29 \times 10^{-5} \text{ s} = 22{,}9 \text{ µs}}\)
Deux sons ont la même fréquence (261 Hz) et la même intensité (75 dB), mais l'un est émis par un piano et l'autre par un violon. On les distingue pourtant facilement.
a) Quelle caractéristique du son permet de les différencier ?
b) De quoi dépend cette caractéristique ?
a) C'est le timbre qui permet de différencier deux instruments jouant la même note à la même intensité.
b) Le timbre dépend de la forme de l'onde sonore et de la richesse en harmoniques (multiples de la fréquence fondamentale). Chaque instrument produit un spectre harmonique différent.
Citer trois moyens utilisés sur un chantier de construction pour limiter la propagation du bruit et protéger les travailleurs.
Barème : 20 points
Un technicien utilise un appareil à ultrasons pour contrôler une poutre en bois de 20 cm d'épaisseur. L'impulsion ultrasonore est émise sur une face et captée sur l'autre face. Le temps de trajet mesuré est \(t = 50 \text{ µs}\).
a) Convertir l'épaisseur en mètres et le temps en secondes.
b) Calculer la célérité du son dans ce bois.
c) Une deuxième mesure donne \(t = 66{,}7 \text{ µs}\). Que peut-on en conclure sur la qualité du bois ?
a) \(d = 20 \text{ cm} = 0{,}20 \text{ m}\). \(t = 50 \text{ µs} = 50 \times 10^{-6} \text{ s} = 5 \times 10^{-5} \text{ s}\).
b) \(v = \dfrac{d}{t} = \dfrac{0{,}20}{5 \times 10^{-5}} = \mathbf{4\,000 \text{ m/s}}\)
c) \(v_2 = \dfrac{0{,}20}{66{,}7 \times 10^{-6}} \approx 3\,000 \text{ m/s}\). La célérité est plus faible, ce qui indique un bois de moindre qualité ou présentant un défaut interne (nœud, fissure, zone pourrie) qui ralentit la propagation de l'onde.
Un ingénieur acousticien réalise une étude dans un atelier de menuiserie. Il mesure les niveaux sonores suivants :
| Poste | Niveau (dB) | Durée d'exposition |
|---|---|---|
| Scie circulaire | 102 | 2 h |
| Ponceuse | 95 | 3 h |
| Montage (calme) | 65 | 3 h |
a) À quels postes le port d'EPI auditifs est-il obligatoire ?
b) La réglementation impose un maximum de 87 dB(A) en valeur limite d'exposition. Expliquer pourquoi il est dangereux de travailler à la scie circulaire même seulement 2 h.
c) Proposer deux solutions techniques pour réduire l'exposition sonore à la scie circulaire.
a) Scie circulaire (102 dB > 85 dB) et ponceuse (95 dB > 85 dB) : EPI obligatoires.
b) À 102 dB, le niveau dépasse largement la valeur limite de 87 dB(A). Même 2 h d'exposition à ce niveau provoquent des dommages auditifs. L'exposition est cumulative : les cellules ciliées de l'oreille interne sont irréversiblement endommagées.
c) 1. Installer un capot insonorisant sur la scie. 2. Placer des plots anti-vibration sous la machine. (On peut aussi citer : éloigner les autres postes de travail, utiliser des cloisons acoustiques.)
Un son se propage dans l'air à \(v_{\text{air}} = 340 \text{ m/s}\) et dans l'acier à \(v_{\text{acier}} = 5\,000 \text{ m/s}\). Un son de fréquence \(f = 2\,000 \text{ Hz}\) est émis.
a) Calculer la longueur d'onde dans l'air et dans l'acier.
b) La fréquence change-t-elle quand le son passe de l'air à l'acier ? Justifier.
a) Dans l'air : \(\lambda_{\text{air}} = \dfrac{340}{2\,000} = \mathbf{0{,}17 \text{ m}}\).
Dans l'acier : \(\lambda_{\text{acier}} = \dfrac{5\,000}{2\,000} = \mathbf{2{,}5 \text{ m}}\).
b) Non. La fréquence ne change pas lors du passage d'un milieu à l'autre. C'est la célérité \(v\) et la longueur d'onde \(\lambda\) qui varient, mais \(f\) reste constante (imposée par la source).
Un sonar émet un ultrason de fréquence \(f = 40\,000 \text{ Hz}\) dans l'eau (\(v = 1\,500 \text{ m/s}\)). L'écho revient après \(t = 0{,}4 \text{ s}\).
a) Calculer la longueur d'onde de l'ultrason dans l'eau.
b) Quelle distance totale le son a-t-il parcourue ?
c) En déduire la profondeur du fond marin.
a) \(\lambda = \dfrac{1\,500}{40\,000} = \mathbf{0{,}0375 \text{ m} = 3{,}75 \text{ cm}}\)
b) Distance totale : \(d_{\text{totale}} = v \times t = 1\,500 \times 0{,}4 = \mathbf{600 \text{ m}}\)
c) Le son fait un aller-retour : profondeur = \(\dfrac{600}{2} = \mathbf{300 \text{ m}}\)
Expliquer comment les ultrasons permettent de détecter des défauts internes dans une pièce de bois sans la découper. Préciser pourquoi on utilise des ultrasons plutôt que des sons audibles pour ce contrôle.
Un émetteur envoie une impulsion ultrasonore dans le bois. Si le bois est homogène, le signal traverse la pièce à vitesse constante. En présence d'un défaut (nœud, fissure, zone pourrie), le temps de trajet augmente ou le signal est atténué, ce qui permet de localiser le défaut.
On utilise des ultrasons (hautes fréquences) car leur longueur d'onde est très courte (quelques mm). Cela permet de détecter des défauts de petite taille. Les sons audibles auraient des longueurs d'onde trop grandes (dizaines de cm à plusieurs m) pour repérer des détails fins.
Barème : 20 points
Un technicien utilise un appareil à ultrasons pour contrôler une poutre en bois de 30 cm d'épaisseur. L'impulsion ultrasonore est émise sur une face et captée sur l'autre face. Le temps de trajet mesuré est \(t = 75 \text{ µs}\).
a) Convertir l'épaisseur en mètres et le temps en secondes.
b) Calculer la célérité du son dans ce bois.
c) Une deuxième mesure donne \(t = 100 \text{ µs}\). Que peut-on en conclure sur la qualité du bois ?
a) \(d = 30 \text{ cm} = 0{,}30 \text{ m}\). \(t = 75 \text{ µs} = 75 \times 10^{-6} \text{ s} = 7{,}5 \times 10^{-5} \text{ s}\).
b) \(v = \dfrac{d}{t} = \dfrac{0{,}30}{7{,}5 \times 10^{-5}} = \mathbf{4\,000 \text{ m/s}}\)
c) \(v_2 = \dfrac{0{,}30}{100 \times 10^{-6}} = 3\,000 \text{ m/s}\). La célérité est plus faible, ce qui indique un bois de moindre qualité ou présentant un défaut interne (nœud, fissure, zone pourrie) qui ralentit la propagation de l'onde.
Un ingénieur acousticien réalise une étude dans un atelier de fabrication de mobilier. Il mesure les niveaux sonores suivants :
| Poste | Niveau (dB) | Durée d'exposition |
|---|---|---|
| Toupie | 105 | 1 h 30 |
| Défonceuse | 98 | 2 h 30 |
| Assemblage (calme) | 60 | 4 h |
a) À quels postes le port d'EPI auditifs est-il obligatoire ?
b) La réglementation impose un maximum de 87 dB(A) en valeur limite d'exposition. Expliquer pourquoi il est dangereux de travailler à la toupie même seulement 1 h 30.
c) Proposer deux solutions techniques pour réduire l'exposition sonore à la toupie.
a) Toupie (105 dB > 85 dB) et défonceuse (98 dB > 85 dB) : EPI obligatoires.
b) À 105 dB, le niveau dépasse largement la valeur limite de 87 dB(A). Même 1 h 30 d'exposition à ce niveau provoquent des dommages auditifs. L'exposition est cumulative : les cellules ciliées de l'oreille interne sont irréversiblement endommagées.
c) 1. Installer un capot insonorisant sur la toupie. 2. Utiliser des cloisons acoustiques entre la toupie et les autres postes de travail.
Un son se propage dans l'air à \(v_{\text{air}} = 340 \text{ m/s}\) et dans l'aluminium à \(v_{\text{alu}} = 6\,300 \text{ m/s}\). Un son de fréquence \(f = 1\,000 \text{ Hz}\) est émis.
a) Calculer la longueur d'onde dans l'air et dans l'aluminium.
b) La fréquence change-t-elle quand le son passe de l'air à l'aluminium ? Justifier.
a) Dans l'air : \(\lambda_{\text{air}} = \dfrac{340}{1\,000} = \mathbf{0{,}34 \text{ m}}\).
Dans l'aluminium : \(\lambda_{\text{alu}} = \dfrac{6\,300}{1\,000} = \mathbf{6{,}3 \text{ m}}\).
b) Non. La fréquence ne change pas lors du passage d'un milieu à l'autre. C'est la célérité \(v\) et la longueur d'onde \(\lambda\) qui varient, mais \(f\) reste constante (imposée par la source).
Un sonar émet un ultrason de fréquence \(f = 50\,000 \text{ Hz}\) dans l'eau (\(v = 1\,500 \text{ m/s}\)). L'écho revient après \(t = 0{,}6 \text{ s}\).
a) Calculer la longueur d'onde de l'ultrason dans l'eau.
b) Quelle distance totale le son a-t-il parcourue ?
c) En déduire la profondeur du fond marin.
a) \(\lambda = \dfrac{1\,500}{50\,000} = \mathbf{0{,}03 \text{ m} = 3 \text{ cm}}\)
b) Distance totale : \(d_{\text{totale}} = v \times t = 1\,500 \times 0{,}6 = \mathbf{900 \text{ m}}\)
c) Le son fait un aller-retour : profondeur = \(\dfrac{900}{2} = \mathbf{450 \text{ m}}\)
Expliquer comment un échographe médical utilise les ultrasons pour produire une image du corps humain. Préciser pourquoi on utilise un gel entre la sonde et la peau.
L'échographe émet des impulsions ultrasonores qui pénètrent dans le corps. À chaque interface entre deux tissus (de densités différentes), une partie de l'onde est réfléchie (écho). Le capteur mesure le temps de retour de chaque écho pour calculer la profondeur de l'interface. L'ensemble des échos est traité pour reconstruire une image en coupe du corps.
Le gel est indispensable car l'air présent entre la sonde et la peau réfléchirait la quasi-totalité des ultrasons (grande différence d'impédance acoustique). Le gel, de densité proche de celle de la peau, assure un bon couplage acoustique et permet aux ultrasons de pénétrer dans le corps.