Exercices: Propagation de la lumière et du son

Dans la liste suivante, repérer les sources primaires de lumière et les objets diffusants : le Soleil, la Lune, une bougie allumée, un cahier, l'écran allumé d'une tablette, un mur blanc.

Une lampe de poche éclaire un mur dans une pièce sombre. Le faisceau lumineux traverse de l'air.

1. a) Dans quel type de trajectoire la lumière se propage-t-elle dans l'air ?
2. b) Comment représente-t-on la lumière dans le modèle du rayon lumineux ?

Lors d'un orage à Lyon, vous entendez le tonnerre 6 s après avoir vu l'éclair. On prend une vitesse du son dans l'air de $340\ \text{m/s}$.

Calculer la distance entre vous et l'éclair, en mètres puis en kilomètres.

Au stade de Lens, vous êtes placé à 170 m d'un joueur qui frappe dans un ballon. Vous voyez le coup de pied puis vous entendez le bruit. On prend $v_{son} = 340\ \text{m/s}$.

1. a) Calculer la durée mise par le son pour parvenir jusqu'à vous.
2. b) La lumière parcourt $300\ 000\ \text{km}$ en 1 s. Expliquer pourquoi on peut considérer que vous voyez le geste « instantanément ».

Un élève de Nantes place un réveil en train de sonner dans une cloche en verre. Il fait progressivement le vide dans la cloche avec une pompe. Il observe que le son devient de plus en plus faible, alors qu'il voit toujours le réveil à travers le verre.

1. a) Que peut-on conclure sur la propagation du son ?
2. b) Pourquoi le son du Soleil ou d'une explosion dans l'espace ne peut-il pas parvenir jusqu'à la Terre ?
3. c) La lumière a-t-elle besoin d'un milieu pour se propager ? Justifier avec l'observation de l'élève.

Une petite lampe est placée à 20 cm devant un carton percé d'un trou. Un écran est placé à 40 cm derrière le carton. On observe sur l'écran une tache lumineuse.

1. a) Décrire avec des rayons lumineux le trajet de la lumière entre la lampe et l'écran.
2. b) Que se passe-t-il pour la lumière si l'on place un livre opaque devant le trou ? Expliquer à l'aide de la propagation rectiligne.

Dans l'air, le son se propage à $340\ \text{m/s}$ ; dans l'eau, à environ $1\ 500\ \text{m/s}$ ; dans l'acier, à environ $5\ 000\ \text{m/s}$. Un coup de marteau est donné à une extrémité d'un rail d'acier de 850 m, à Dijon. Une personne placée à l'autre extrémité, l'oreille collée au rail, entend deux sons.

1. a) Calculer la durée de propagation du son dans l'acier et dans l'air.
2. b) Calculer l'écart de temps entre les deux sons perçus.
3. c) Expliquer pourquoi la personne entend deux sons.

Un bateau de recherche en mer Méditerranée émet une impulsion sonore vers le fond. L'écho revient au bateau 0,40 s après l'émission. La vitesse du son dans l'eau de mer est de $1\ 500\ \text{m/s}$.

1. a) Expliquer pourquoi la distance parcourue par le son est le double de la profondeur.
2. b) Calculer la profondeur de la mer à cet endroit.
3. c) Si on avait utilisé par erreur $340\ \text{m/s}$, quelle profondeur aurait-on trouvée ? Commenter.

La lumière du Soleil met environ 500 s pour parvenir à la Terre, à la vitesse de $300\ 000\ \text{km/s}$.

1. a) Calculer la distance Terre-Soleil en kilomètres.
2. b) Exprimer ce résultat en notation scientifique.
3. c) Un son pourrait-il parcourir cette distance dans l'espace ? Si oui, calculer sa durée à $340\ \text{m/s}$ ; sinon, justifier.