Exercice 2 : Comment déterminer le relief du fond marin avec un sondeur ? (5,5 pts)
Amérique du nord 2007 http://labolycee.org

Les trois parties de l’exercice sont indépendantes

1. Étude de l’onde ultrasonore dans l’eau de mer.

1.1 Définir une onde mécanique progressive.

1.2 L’onde ultrasonore est-elle une onde longitudinale ou transversale ? Justifier la réponse.

1.3 La lumière est une onde progressive périodique mais elle n’est pas mécanique.

1.3.1 Citer un fait expérimental qui permet de décrire la lumière comme une onde.

1.3.2 Quelle observation permet de montrer que la lumière n’est pas une onde mécanique ?

2. Détermination de la célérité des ondes ultrasonores dans l’eau.

La célérité des ultrasons dans l’air vair = 340 m.s-1 est plus faible que la célérité des ultrasons dans l’eau de mer veau.

Un émetteur produit simultanément des salves d’ondes ultrasonores dans un tube rempli d’eau de mer et dans l’air (voir figure 1). À une distance d de l’émetteur d’ondes ultrasonores, sont placés deux récepteurs, l’un dans l’air et l’autre dans l’eau de mer.
Le récepteur A est relié à l’entrée A du système d’acquisition d’un ordinateur et le récepteur B à l’entrée B. L’acquisition commence lorsqu’un signal est reçu sur l’entrée
B du système.

2.1 Pourquoi est-il nécessaire de déclencher l’acquisition lorsqu’un signal est reçu sur l’entrée B ?

2.2 Donner l’expression du retard (t entre la réception des ultrasons par les deux récepteurs en fonction de tA et tB, durées que mettent les ultrasons pour parcourir respectivement la distance d dans l’air et dans l’eau de mer.
2.3 On détermine (t pour différentes distances d entre l’émetteur et les récepteurs. On traite les données avec un tableur et on obtient le graphe (t = f(d) ci-dessous.

(t = f(d)

2.3.1 Donner l’expression de (t en fonction de d , vair, veau.

2.3.2 Justifier l’allure de la courbe obtenue.

2.3.3 Déterminer