Liban - Juin 2005 - III ) Les sons chez les dauphins :
A ) Généralités sur les sons :

1) Une onde mécanique est un phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière.

2) a) D'après le modèle, l'onde sonore est longitudinale car la perturbation est horizontale dans la même direction que la propagation de l'onde.

b) La propriété du milieu. modélisée par le ressort, dont dépend la célérité d'une onde mécanique est la rigidité du milieu. Une onde se propage plus vite dans les solides ou sur une corde fortement tendue.

c) La propriété du milieu modélisée par la masse d'un chariot, dont dépend la célérité d'une onde mécanique est l'inertie du milieu caractérisée par sa masse linéique, surfacique ou volumique pour un milieu à une, deux ou trois dimensions.
B ) Le biosonar des dauphins : écholocalisation

1) Les ultrasons ont une fréquence supérieure à 20 kHz.

2)

a) A l'aide de la figure 2, on peut déterminer la période T des signaux. 3T = 60 ms ; T = 20 ms.

f = 1 / T = 1 / 20.10-6 = 5,0.104 Hz = 50 kHz

b) Le retard noté t est représenté sur la figure 2. t = 8,0 ms.

Le signal met donc 8,0 ms pour parcourir la distance d de 12 mm.

v = d / t = 12.10-3 / 8,0.10-6 = 1,5.103 m.s-1

c) La longueur d'onde des ondes ultrasonores est la plus petite distance séparant deux positions où les signaux sont en phase.

v = l / T = l . f ; l = v / f = 1,5.103 / 5,0.104 = 0,030 m = 3,0 cm

3) D'après la figure 3, la durée totale d'un clic est voisine de 55 ms .

D'après la figure 4, la durée entre deux clics d'un train est de 50 ms.

La durée entre deux clics est près de 1000 fois supérieure à celle d'un clic, à l'échelle de la figure 4, la durée d'un clic est très petite, on représente un clic par un trait vertical.

4) a) D'après la figure 5, l'intervalle de temps Dt vaut 200 ms.

b) Les ultrasons parcourt un aller-retour entre le dauphin et le fond pendant la durée Dt.