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TS1 et TS2

Devoir Surveillé de PHYSIQUE CHIMIE

Vendredi 27 Septembre 2013

2h



CALCULATRICE AUTORISEE


remarque : Les élèves ayant choisi la spécialité Sciences-Physique ne traiteront pas l’exercice .

Cet exercice fait l’objet d’un texte à part.

La présentation sera soignée, les résultats demandés encadrés, tout résultat non justifié ne sera pas pris en compte.

Chaque exercice sera rédigé sur une copie particulière sous peine de sanction !


Aucun sujet ne sera introduit dans les copies dont chaque feuille sera nominative.

Les éventuels documents à compléter seront recopiés ou découpés et collés sur la copie



Exercice 1: Autour du téléphone
PROBLEMATIQUE

Du plus rudimentaire au plus perfectionné, le téléphone permet la communication entre les êtres humains.

- Comment le transport de l'information est-il possible?

- Quelle est l'évolution des téléphones à impulsion aux téléphones à fréquences vocales ?

- Pourquoi les téléphones à fréquences vocales ont-ils remplacé les téléphones à impulsions?

- Les satellites de télécommunication utilisés peuvent-ils être en orbite géostationnaire ou en orbite terrestre basse ?

A. Le téléphone pot de yaourt

Présentation du téléphone pot de yaourt

Pour s'amuser, des enfants ont réalisé un téléphone à l'aide de deux pots de yaourt reliés par un fil.

En parlant, le premier enfant crée une onde sonore qui fait vibrer le fond du pot de yaourt. Cette perturbation se propage dans le fil, puis atteint le fond du deuxième pol de yaourt qui se met à vibrer à son tour créant ainsi une onde sonore perceptible par le deuxième enfant.



X. ..-.— - -

Doc 2. Modélisation du téléphone pot de yaourt

oscilloscope voie 1

oscilloscope voie 2



sensibilité verticale : 1 mV/div

sensibilité horizontale 5 ms/div

Deux capteurs sont placés en deux points A et 8 distants de D = 20 m sur le fil

Les capteurs enregistrent l'amplitude d'une perturbation au cours du temps.Doc 3. Modification de la source de la perturbation

Cette expérience consiste à placer, devant le pot de yaourt émetteur, un haut-parleur qui émet des ondes sonores sinusoïdales de fréquence fE. Les ondes sinusoïdales qui se propagent dans le fil ont la même fréquence.

0



^versG.B.F.

signal sinusoïdal

l*. oscilloscope voie 1 •■■- oscilloscope voie 2



sensibilité verticale :

1 mV/div

pour les deux voies

sensibilité horizontale 1 ms/div

Lorsque la distance D est égale à 20,0 m, on obtient l'enregistrement

suivant.

Lorsque l'on éloigne le point B du point A, on constate que les signaux se

retrouvent dans la même configuration pour les valeurs de la distance:

D - 25,0 m, D = 30,0 m, D = 35,0 m...

QUESTION

Partie A.

Après avoir rappelé le type d'onde se propageant le long du fil reliant les ' deux pots de yaourt, déterminer par deux méthodes la célérité de cette onde.

,------------------------------------.-., ......--------------------------------- ......---- ■------------------------------------

B. Le téléphone à fréquences vocales

Du téléphone à impulsions au téléphone à fréquences vocales

Le cadran est un disque rotatif que l'on fait tourner jusqu'à une butée. Celui-ci retourne alors à sa position initiale grâce à un ressort en émettant vers la ligne téléphonique le nombre d'impulsions correspondant au chiffre souhaité. Grâce au progrès de l'électronique, le téléphone à cadran a été remplacé par le téléphone à clavier alphanumérique : la pression sur une touche envoyait le nombre d'impulsions correspondant au chiffre souhaité.

De nos jours, les téléphones à fréquences vocales émettent des notes de musique à chaque pression sur une touche. Ce système a permis le développement de nombreux serveurs vocaux: vente par correspondance, consultation de notre messagerie...

: 2. Le code DMTF

La téléphonie à fréquence vocale utilise le cod DMTF (dual tone multi frequency) développé ps la firme américaine Bell. Il correspond à la contb naison de deux ondes sonores sinusoïdales de mè^ï amplitude et de fréquence audible émises simufta nément. Huit fréquences de référence ont été dm sies afin de coder seize touches.




1 209 Hz

1 336 Hz

i un Hz

1633 H

697 Hz

1




3

-

770 Hz







6




852 Hz

1

8

9

C

941 Hz




o

#

o

..--------------- ----------...... .. .--------.-,-.-................ s- . -..............................

oc 3. Exemple de son émis par une touche de téléphone

Les signaux électriques issus de l'enregistrement du son émis par les touches 2 et D du téléphone sont représentés ci-dessous :

A émission du 2 : 697 Hz, 1 336 Hz

émission du D : 941 Hz, 1 633 Hz



QUESTION

Partie B.

Après avoir justifié la forme des signaux électriques obtenus par l'enregistrement des sons émis par les touches 2 et D du téléphone à fréquence vocale, représenter l'allure des spectres correspondants.

C. Le téléphone par satellite

DONNÉES

Célérité de la lumière dans l'aire- 3xT05km-s-1.

Téléphone par satellite

Même concurrencée par les câbles optiques terrestres ou sous-marins, l'application qui est toujours la plus importante pour les satellites de communication est la téléphonie internationale. Les centraux locaux transportent les appels jusqu'à une station terrienne d'où ils sont émis en direction d'un satellite géosta-tionnaire. Ensuite ce satellite les retransmet vers une autre station qui procède à la réception et l'acheminement final.

Extrait de http://www.iechno-science.net/?onglet \ =g!ossaire&definïtion=2669

QUESTION

Schématiser la chaîne de transmission décrite dans le document depuis le téléphone fixe d'appel, jusqu'au téléphone mobile de réception selon le modèle ci-dessous :

émetteur

milieu de

récepteur émetteur

milieu de

émetteur

propagation ' émetteur propagation

Préciser la nature des différents milieux de propagation.

Quelle est la nature du signal transmis ? Préciser le type (libre ou guidé) des différentes étapes de la chaîne de transmission décrite sur le document ci-contre.

Un satellite géostationnaire a une orbite située dans le plan équatorial de la Terre à une altitude de 36000 km. Il est alors fixe dans le référentlel terrestre. Quel est l'intérêt d'utiliser en téléphonie des satellites géostationnaires plutôt que des satellites à défilement ? Évaluer la durée minimale entre l'émission d'un appel téléphonique et sa réception pour une transmission par satellite.(6 points)

Adapté du Bac, Liban 2005.

La gamme musicale.

La gamme musicale comporte 12 degrés : do, do#, ré, ré#, mi ; fa, fa#, sol, sol#, 3a, la#, si. Une gamme est construite de telle sorte que la fréquence de la douzième note soit le double de celle de la première note (on dit qu'elle est à l'octave).

La gamme dite « tempérée » est caractérisée par un rapport constant entre les fréquences. La fréquence de chaque note est donc obtenue en multipliant celle de la note précédente par une quantité constante a.

D'après A.Fîschetti, Initiation à l'acoustique,Be\\n,2001.

O Enregistrement d'une note jouée au saxophone (a) et son spectre (b].



. Spectre















































































1 1 i .







1 1 I i

0 0,5 1 1,5

2,5

3,5

4 f(kHz}

Tableau des fréquences fondamentales (en hertz] des notes pour la troisième octave.

Do

261,63

Do#

277,18



293,66

Ré#

311,13

Mi

329,63

Fa

349,22

Fa#

369,99

Sol

392,00

Sol#

415,30

La

440,00

La#

466,16

Si

493,88

(X>r bien commencer...

...Relier le signal à son spectre

temporel (doc-3a dc«U P ^

m0tif P^ettan^deu ée - c'est la période signal. Mesurer sa durée.

T du signal. repérerla

Dans le spectre (doc. 3b),ep

df - - PluP

Questions

Répondre à l'aide de ses connaissances et des documents.

1. L'enregistrement de la note jouée au saxophone fait apparaître un signal EAQ(t).

a. Comment a-t-on obtenu ce signal ?

b. Quel est le rapport entre ce signal et l'onde sonore produite par le saxophone ?

c. Caractériser le signal enregistré : est-il périodique ? sinusoïdal ?

2. Estimer la fréquence de ce signal : a. grâce à l'enregistrement EA0(t) ; b. grâce au spectre de EAJt).

c. En déduire la note jouée par le saxophone.

son

i

fondamental.

3. Déterminer le rapport a entre deux notes consécutives : a. de façon théorique ; b. de façon numérique en utilisant les données du document 2.

4. Pour chacun des quatre harmoniques les plus intenses du spectre de EAQ(t), déterminer :

a. le rang ; b. la fréquence correspondante.

5. À quelle note correspond la fréquence de l'harmonique de rang 8?

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