Exercices: Fréquence, ultrasons et sonar

Un son a une période $T = 0,002\ \text{s}$.

1. a) Calculer sa fréquence avec $f = \frac{1}{T}$.
2. b) Ce son est-il audible ? On rappelle que l'oreille humaine perçoit de $20\ \text{Hz}$ à $20\ 000\ \text{Hz}$.

Classer les sons suivants en infrasons, sons audibles ou ultrasons : $5\ \text{Hz}$ ; $440\ \text{Hz}$ ; $40\ 000\ \text{Hz}$.

Un diapason émet une note à $440\ \text{Hz}$.

1. a) Que signifie cette valeur ?
2. b) Calculer la période du son.

Un sonar de bateau émet un ultrason qui revient après $0,40\ \text{s}$. La vitesse du son dans l'eau est $1\ 500\ \text{m/s}$.

1. a) Expliquer pourquoi la distance parcourue est $2d$.
2. b) Calculer la profondeur $d$.

Une chauve-souris émet des ultrasons à $50\ \text{kHz}$. Le son se propage à $340\ \text{m/s}$.

1. a) Convertir la fréquence en Hz.
2. b) Calculer la période.
3. c) Calculer la distance d'un insecte si l'écho revient après $0,020\ \text{s}$.

Un échographe utilise des ultrasons de $3\ \text{MHz}$.

1. a) Convertir en Hz.
2. b) Calculer la période.
3. c) Pourquoi utilise-t-on des ultrasons plutôt que des sons audibles ?

Un pêcheur au large de La Rochelle utilise un sonar. Il reçoit deux échos : le premier après $0,080\ \text{s}$ (banc de poissons) et le second après $0,200\ \text{s}$ (fond). On prend $v = 1\ 500\ \text{m/s}$.

1. a) Calculer la profondeur du banc de poissons et celle du fond.
2. b) Calculer l'épaisseur d'eau entre le banc et le fond.
3. c) Que se passerait-il si l'on utilisait la mauvaise vitesse, par exemple $340\ \text{m/s}$ ?

Un signal sonore enregistré par un oscilloscope présente $5$ périodes complètes sur une durée de $10\ \text{ms}$.

1. a) Calculer la période puis la fréquence du signal.
2. b) Ce son est-il audible ? Justifier.
3. c) Si l'on divise la fréquence par $100$, dans quelle catégorie arrive-t-on ?

Les éléphants communiquent par des infrasons de fréquence $15\ \text{Hz}$ qui se propagent à $340\ \text{m/s}$ dans l'air.

1. a) Calculer la période du son.
2. b) Calculer la distance parcourue pendant une période (longueur d'onde).
3. c) Expliquer pourquoi un humain ne perçoit pas ce signal, et pourquoi de tels sons portent loin.