Exercices sur l'acoustique 2

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Niveau: Secondaire, Lycée
Bac Pro indus Exercices sur l'acoustique 1/6 EXERCICES SUR L'ACOUSTIQUE Exercice 1 Un fabricant de panneaux désirant augmenter sa production décide d'installer deux autres machines identiques à celle déjà existante. Quel est en décibels l'augmentation du niveau sonore lorsque les trois machines fonctionnent ensemble ? (D'après sujet de Bac Pro Productique Bois Session 1994) Exercice 2 On réalise le montage suivant : À l'aide d'un microphone sensible relié à un oscilloscope, on étudie un son créé par un synthétiseur. On obtient sur l'écran, la courbe périodique suivante. On donne le réglage de la base de temps : 0,2 ms/cm. 1) Déterminer la période et la fréquence du son émis. 2) Déterminer la longueur d'onde du son émis sachant que la célérité du son est c = 340 m/s. 3) Le même microphone reçoit maintenant un son de même intensité mais de fréquence deux fois plus grande. a) Le son obtenu est-il plus grave ou plus aigu que le premier ? b) Représenter sur la figure l'oscillogramme de la nouvelle onde sonore. (D'après sujet de Bac Pro Session 1998)


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 À l'aide d'un microphone sensible relié à un oscilloscope, on étudie un son créé par unsynthétiseur. On obtient sur l'écran, la courbe périodique suivante. 
 
 On donne le réglage de la base de temps : 0,2 ms/cm. 1) Déterminer la période et la fréquence du son émis. 2) Déterminer la longueur d'onde du son émis sachant que la célérité du son estc= 340 m/s. 3) Le même microphone reçoit maintenant un son de même intensité mais de fréquence deuxfois plus grande.a) Le son obtenu est-il plus grave ou plus aigu que le premier ?b) Représenter sur la figure l'oscillogramme de la nouvelle onde sonore.  (D ès sujet de Bac Pro Session 1998) aprExercices sur lacoustique 1/6
http://maths-sciences.fr                                              BacPro indus Exercice 3 Un haut-parleur est alimentépar une tension de fréquence 1 kHz.Un microphone peut être déplacé dans laxe du haut-parleur. Iltransforme la vibration émisepar celui-ci en unsignal électrique qui présente un retardx par rapport au signal émis ;x creprésente la distance HP-micro etc la célérité du son dans lair.        1) Quelle est la nature de londe qui sepropage ?Quelle est sa fréquence ?2) Unoscillographe permetde visualiser les signaux   émis par le HP et par le micro.Que représenteθ ?Comment faire varierθ ?3) Les deux signaux sont enphase pour la première fois pour un déplacementx de 33,5 cm. Déduire la longueur donde du signal et la célérité du son.4) Si lon déplace le microphone sur une distance de 3m, combien de fois les deuxvibrations seront-ellesen phase ? Exercice 4 A partir dun niveau dintensité acoustique de 100dB, les lésions atteignent loreillede façonplus ou moins définitive. (Leseuil de tolérance étant de 85 dB). 1) Une scie produit une intensité sonore I = 5×10-4 W/m² àune distance de 10 m. Calculerendécibels leniveauL dintensité acoustique correspondant. 2) Calculer lintensité sonore correspondant à un niveau dintensité acoustique de 100 dB. 3) Lintensité sonore variecomme linverse du carré de ladistanced entre la source et lerécepteur :I=k d² Calculer la distance à laquelle lintensité sonoreest I = 10-2W/m². 4) Aune distance de 5m, lutilisation dun casque de protection vous paraît-elleindispensable? Expliquer brièvement pourquoi.(Daprès sujet de Bac ProProductique Bois Session 1995)       Exercices sur lacoustique 2/6
http://maths-sciences.fr                                              BacPro indus Exercice 5 Les normes de protection contre le bruitadmettent une exposition maximale de 40 heures à unbruit de niveau acoustique LI = 85 dB.Si ce niveau augmente, il faut réduire ladurée maximale dexposition au bruit en fonction duniveau.La courbe ci-dessous donne la durée maximale dexposition t en fonctiondu niveau LI.                     1) Un groupe rock diffuse un concert dont le niveau dintensité acoustique est 110dB, dansla zone réservée au public. Déterminer la duréemaximaledécoute de manière àrespecterlesnormes deprotection.2) Au poste de travail dune unité de production, un opérateur est soumis à un niveaudintensité acoustiqueLI pendant une duréet. Dans les deuxcas suivants, les normes sont-elles respectées ?a) LI 90 dB pendant 10 h.=b) LIB pendant1 h.= 105 dJustifier votre réponse.3) On se propose de calculer lénergieW reçue par loreille lorsque celle-ci est soumise à unbruit de niveau dintensité acoustiqueLI = 85 dB pendant 40 heures. Calculer :a) lintensitéacoustiqueI correspondante.b) La puissance acoustiquePreçue par loreille, équivalente à unesurface S= 8×10-5 m².c) LénergieW reçue par le récepteur pendant cette durée. (Daprès sujet de BacPro Productique mécanique Session 1994)        Exercices sur lacoustique 3/6
Visualisation des vibrationscaptées par Ml 
http://maths-sciences.fr                                              BacPro indus Exercice 6 Pour l'assemblagedes différents éléments de bagage, une société utilise leprocédé de soudurepar ultrasons. 1) a) Dans quellezone de fréquences sont situées les vibrations audibles ? b) À partir de quelle fréquence, une onde fait-elle partie des ultrasons ? 2) Onvisualise sur l'écran d'un oscilloscope les vibrations émises par un diapason et captéespar unmicroMl(voir figure).Le balayage est réglésur 1 ms par cm. Trouver : a) La période et la fréquencedu son émis. b) Sa longueur d'ondeλsachant que la célérité du son dans l'air estc = 340 m.s-1.             3) Onvisualisemaintenantà l'oscilloscope les vibrations émises par le même diapason etcaptées par deuxmicrosMlet M2. Le diapason et les deux micros sont alignés. (Dans l'ordrediapason,Ml,M2). Chaque micro est relié à une des voies de l'oscilloscope. (Voir figure.) a) Lesdeux courbes observées sont-elles en phase ou en opposition de phase ? b) Quelle est, dans ce cas, ladistance minimaled séparant les deux microsMl etM2 ?        
  
Visualisation des vibrations captéespar :M1 
M2 
    (Daprès sujet de Bac Pro Productique Matériaux Souples Session 1990) 
   Exercices sur lacoustique 4/6              
http://maths-sciences.fr                                              BacPro indus Exercice 7 La figure donnée ci-dessous représente l'oscillogramme d'une onde sonore émise par undiapason en vibration dans l'air.1) Déterminer la période et la fréquencedu son émis.2) Déterminer la longueur d'onde du sonémis sachant que la célérité du son est c = 340 m.s-1.3) Unsecond diapason émet un son de même intensité mais de fréquence deuxfois plusgrande.a) Le son obtenu est-il plus grave ou plus aigu que le premier ?b) Représenter sur la figure l'oscillogramme de l'onde sonore émise par cedeuxièmediapason.
(Daprès sujet de Bac Pro Productique Matériaux Souples Session 1992) 
Exercice 8 Une oreille moyenne ne peut percevoirune onde sinusoïdaleque si sa période estcompriseentre 5×10-5s et 7×10-2s.1) Calculer la fréquence la plus basse et la fréquence la plus haute perceptibles par l'oreille.2) Calculer les longueurs d'ondes correspondantesdans l'air où la célérité du son estc= 340m/s3) Dans la zonede sensibilité maximale de l'oreille, au voisinage de 3 000 Hz, le seuild'audibilité correspond à une puissance sonore Pa= 10-16Wet la sensation douloureuse-4apparaît lorsque la puissancesonore atteint la valeur Pd= 10 W .L'intensité sonoreI, exprimée en dB, estdonnée par la loi Weber-Fechnersuivant la relation : I=10log 10P-16 (log: logarithme décimal,P: puissance sonore en watts). Dans un atelier, l'intensité sonoreI est de 100 dB.a) Calculer la puissance sonoreP correspondante.b) Lesconditionsde travail dans cet atelier sont-elles satisfaisantes ?c) De combien doit-on réduire la puissanceP pour parvenir à une intensité sonoreI =60 dB ? (Daprès sujet de Bac ProConstruction et Réparation Automobile Session 1993)   Exercice 9Exercices sur lacoustique 5/6                      
http://maths-sciences.fr                                               Bac Pro indus  On étudie le son émis par une machine en fonctionnement, la source sonore, de petitesdimensions, sera supposée ponctuelle.1) Le son émis a une fréquencef 1000 Hz et une céléritéc = 340 m/s. Calculer :=a) Sa périodeT.b) Sa pulsationω.c) Sa longueur dondeλ.2) Calculer laireS de la surface sphérique à 1 m de la source sonore centrée en ce point.3) En prenantS = 13 m², calculer lintensité acoustiqueIen W/m² (ou intensité physique) duson à 1 m de la source supposée également répartie sur la sphère lorsque la puissancesonore de cette source estP = 5 W.4) Avec une assez bonne précision, on peut considérer que lintensité physiologiqueϕ du sonest donnée en fonction de lintensité acoustiqueI du son par la formule suivante :ϕ=10logI+120 ; (ϕ en dB etI en W/m²). Calculer dans ces conditions, lintensité physiologique du son à 1 m de la source. Que pensez-vous de cette valeur ? (Daprès sujet de Bac Pro Matériaux Souples Session 1993) 
Exercices sur lacoustique 6/6
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