Sujet Physique-Chimie — Terminale — Métropole — Bac 2012

EXERCICE I - DU « BANG » D’UN AVION AU CLAQUEMENT D’UN COUP DE FOUET (6,5 points) Lorsqu’un avion vole en vitesse subsonique (vitesse inférieure à la célérité du son dans l’air), il crée des ondes dites de pression qui se propagent à la célérité du son (figure 1). Lorsqu’il accroît sa vitesse et qu’il atteint la célérité du son, les ondes de pression s’accumulent devant le nez de l’avion (figure 2). Lorsqu’il dépasse la célérité du son (on dit qu’il passe le mur du son), il se produit alors des ondes de compression et de dilatation qui provoquent ce fameux « bang » perceptible à plusieurs dizaines de kilomètres à la ronde. Pour une vitesse supérieure à la célérité du son, les ondes se propagent derrière l’avion dans un cône appelé cône de Mach (figure 3). v <v v =v v > v avion son avion son avion son cône de onde onde onde Mach v v v avion avion avion avion avion avion Figure 1 Figure 2 Figure 3 Aussi incroyable que cela puisse paraître, c’est le même phénomène de passage du mur du son qui explique le claquement produit par un coup de fouet. Les deux premières parties de cet exercice traitent des ondes mécaniques, la troisième partie se rapporte à la chimie et est indépendante. 1. Étude des ondes sonores Dans cette partie, les ondes sonores se propagent dans l’air. 1.1. Quelques caractéristiques des ondes sonores 1.1.1. Pourquoi peut-on dire qu’il s’agit d’ondes mécaniques ? 1.1.2. Choisir la (ou les) bonne(s) caractéristique(s) qui qualifie(nt) une onde sonore, en expliquant la signification des caractéristiques choisies : a) progressive b) tridimensionnelle c) transversale d) longitudinale 1.1.3. Choisir dans la liste le (ou les) «milieu(x)» dans lequel le son ne se propage pas : a) acier b) béton c) vide d) eau 1.2. Ondes sonores produites par un avion Un avion vole à la vitesse v = 800 km.h1 à une altitude d’environ 10 km. On veut savoir s’il se déplace à avion une vitesse supérieure à la célérité du son sachant que cette dernière dépend de la température. 1.2.1. La célérité du son peut se calculer en première approximation par la relation  v ()v 0°C 1 son son 273 avec  la température en degré Celsius et v (0°C) = 3,3102 m.s1. son Calculer la célérité des ondes sonores à l’altitude de 10 km en considérant que