4° > Devoir maison 4 : Des signaux qui donnent des informations

Ce devoir maison est à faire sur une copie double à petits ou grands carreaux.

Sur une feuille double, créez un devoir maison intitulé « Des signaux qui donnent des informations »

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Activité 1 Détermination  de la vitesse du son dans l’eau : Une expérience historique

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En 1826, Daniel Colladon (scientifique suisse) et Charles Sturm (mathématicien français) mesure la vitesse du son dans l’eau du lac de Genève (lac Léman). Ils s’étaient espacés de 17 km. Ils ont obtenu v = 1435 m / s.

L’illustration montre l’expérience.

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Le dispositif est conçu de telle façon que l’émission de la lumière et la production du son soit produites au même instant : Le marteau frappe la cloche au moment où la mèche enflammée embrase la poudre.

L’observateur dans l’autre barque déclenche le chronomètre à la vue de la flamme et l’arrête dès réception du son dans le tube. Il considère que la propagation de la lumière est quasiment instantanée par rapport à celle du son et que le temps de décalage mesuré n’est donc dû qu’au son.

Questions :

I.1° Quel temps de décalage ont-ils du mesurer pour parvenir à ce résultat ?

I.2° En 1826, on parvenait à fabriquer des chronomètres précis au dixième de seconde. Quelle valeur ont-ils pu mesurer ?

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Activité 2 L’attaque du train

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On peut pressentir l’arrivée du train en fonction de l’intensité sonore qui est ressentie. On peut utiliser la vitesse du son dans l’acier pour prévoir l’heure exacte d’arrivée du train.

Joe Dalton sait que tous les trains du pays quittent leur gare à 8h00. Il demande à son frère Averell de coller son oreille sur le rail et de lui dire quand il perçoit le bruit du démarrage du train. A 8h et 12 s, Averell parvient à identifier l’instant de démarrage d’un train dans une gare lointaine.

Questions :

II.1° Joe Dalton sait que la vitesse du son dans l’acier vaut environ 5 km/s. A quelle distance se situe la gare de départ du train ?

II.2° Consulter la carte suivante pour identifier cette gare.

Échelle de la carte : Les points blancs sur la ligne de chemin de fer sont espacés de 10 km.

II.3° A quoi cette information peut-elle être utile pour Joe Dalton ? Quelle(s) information(s) précieuse(s) lui manque-t-il pour planifier son attaque de train ?

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Activité 3 Le tonnerre

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On peut connaitre la distance qui nous sépare d’un nuage d’orage en utilisant le temps de décalage qui existe entre la réception de la lumière de l’éclair et la réception du son du tonnerre.

Le schéma ci-dessous illustre la façon de procéder.

Indication : « On considère que la propagation de la lumière est quasiment instantanée par rapport à celle du son et que le temps de décalage mesuré n’est donc dû qu’au son. »

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III.1° Justifier les longueurs mentionnées sur ce schéma

III.2° Un observateur est placé à 1450 m du nuage. Pour lui, combien vaudra le temps de décalage entre la lumière et le son ?

III.3° Combien de temps mets la lumière pour parcourir ces 1450 m ?

III.4° Comment peut-on justifier l’indication donnée dans le texte : « On considère que la propagation de la lumière est quasiment instantanée par rapport à celle du son et que le temps de décalage mesuré n’est donc dû qu’au son. »

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 Corrigés

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