PHYSIQUE-CHIMIE

série S

DUREE DE LEPREUVE : 3 h 30

COEFFICIENT : 6 ou 8 (pour les spécialistes Sciences-physiques) avec calculatrice. calculatrices est autorisé. Le candidat SPECIALISTE SCIENCES-PHYSIQUES doit traiter les EXERCICES I, III ET IV, qui sont indépendants les uns des autres. Le candidat NON SPECIALISTE doit traiter les EXERCICES II, III ET IV, qui sont indépendants les uns des autres. LES EXERCICES SERONT REDIGES SUR TROIS COPIES DIFFERENTES I. CONCERT EN SOUS-SOL (5 POINTS). (EXERCICE DE SPECIALITE). II. LE LASER AU QUOTIDIEN (5 POINTS). (EXERCICE POUR LES NON SPECIALISTES) III. TENEUR EN CUIVRE DANS UNE PIECE DE 5 CENTIMES D'EUROS (7 POINTS)

IV. ANALYSE SPECTRALE ET PH (8 POINTS).

La clarté des raisonnements et la qualité de la rédaction interviendront pour une part importante

BACCALAUREAT BLANC

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EXERCICE N°I : CONCERT EN SOUS-SOL (5 POINTS) (EXERCICE DE SPECIALITE)

Trois jeunes musiciens amateurs (un guitariste, un pianiste et un flûtiste) projettent de donner un

concert devant leurs amis dans le sous-

Les parties 1 et 2 sont indépendantes.

1. Accord des instruments.

Avant le concert, les musiciens doivent " accorder » leurs instruments. Pour cela, ils utilisent un

diapason qui émet la note " La3 ». Chacun joue cette note sur son instrument, la compare à celle

En utilisant les enregistrements des différents sons produits et leurs spectres, répondre aux questions

suivantes :

1.1. Quelle est la fréquence f de vibration du son émis par le diapason ?

1.2. Les trois musiciens jouent-ils une note de même hauteur ? Justifier.

2. La pièce du sous-sol est-elle une bonne salle de concert ?

Le concert a lieu dans une salle au sous-

de longueur L = 10,0 m, de largeur l = 5,0 m et de hauteur h = 3,0 m. Cette salle, vide et sans vitrage, possède une porte en bois de surface Sbois = 3,0 m². : Sbéton = 187 m².

2.1. Quels sont les phénomènes physiques qui interviennent au cours de la propagation du

son dans une salle ? En citer au moins trois. 2.2. (document 7) ?

2.3. -sol est-elle une bonne salle de concert ?

Justifier.

2.4. On souhaite obtenir une durée de réverbération égale à 2,0 s. Pour cela, on dispose sur

.panneau = 0,50. Quelle surface de panneau faut-il utiliser pour satisfaire la nouvelle durée de réverbération TR ?

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DOCUMEN

Document 1 : correspondance entre la hauteur et la fréquence associée de quelques notes de la gamme tempérée : Document 2 : Enregistrement de la note " La3 » émise par le diapason. Document 3 : Enregistrement et spectre du son émis par le piano.

Note la1 la2 la3 si3 do4 ré4 mi4 fa4 sol4 la4

Fréquence (Hz) 110 220 f 494 523 587 659 698 783 880

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Document 4 : Enregistrement et spectre du son émis par la flûte Document 5 : Enregistrement et spectre du son émis par la guitare

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Document 6 :

sonore. Une onde sonore émise dans une salle se propage dans toutes les directions à la vitesse de

340 m/s. Très rapidement elle rencontre le plafond, le sol ; et les murs. Selon la nature de ces parois,

En règle générale,

Elle doit être courte pour une bonne compréhension du texte ; au maximum 0,8 seconde. Au-delà,

les syllabes se chevauche ; on recherche toujours une

prolongation du son. Une bonne salle de musique présente une réverbération de 1,0 à 2,5 secondes.

rbération plus longue

Document 7 : Durée de réverbération

La durée de réverbération TR est le temps mis par un son pour décroître de 60 dB après la coupure

de la source sonore.

Cette durée TR : TR =

,0 16 V A avec V : volume de la salle (en m3)

A équivalente de la salle (en m2)

TR : durée de réverbération (en s)

On définit la surface équivalente A par : A = i iS Įi du matériau de surface Si. Il dépend de la nature du matériau et de la fréquence du son. ĮM, de différents matériaux à une fréquence de 500 Hz. Matériau Plâtre Carrelage Béton Bois Verres Dalles acoustiques ĮM

0,030 0,020 0,010 0,15 0,18 0,75

http://www.acouphile.fr/materiaux.html

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EXERCICE N°II : LE LASER AU QUOTIDIEN (5 POINTS) (EXERCICE POUR LES NON SPECIALISTES) Saviez-vous que si vous regardez des DVD, naviguez sur le web, scannez les codes barre et si

certains peuvent se passer de leurs lunettes, c'est grâce à l'invention du laser, il y a 50 ans !

Intéressons-nous aux lecteurs CD et DVD qui ont envahi notre quotidien. La nouvelle génération de lecteurs comporte un laser bleu (le Blu-ray) dont la technologie utilise une diode laser fonctionnant à une longueur d'onde B bleue (en fait violacée) pour lire et écrire les données. Les CD et les DVD conventionnels utilisent respectivement des lasers infrarouges et rouges. Les disques Blu-ray fonctionnent d'une manière similaire à celle des CD et des DVD.

Donnée : On prendra ici pour la célérité de la lumière dans le vide et dans l'air : c = 3,00 108 m.s-1

1. A propos du texte

1.1.Quel est le nom du phénomène physique responsable de l'irisation d'un CD ou d'un

DVD éclairé en lumière blanche ?

1.2.Calculer la valeur de la fréquence de la radiation utilisée dans la technologie Blu-

ray.

1.3.Comparer la longueur d'onde du laser Blu-ray à celle des systèmes CD ou DVD.

2. On veut retrouver expérimentalement la longueur d'onde ȜD de la radiation monochromatique d'un lecteur DVD.

é sur la

e i.

2.1 En pratiquant quatre analyses dimensionnelles, montrer que seules deux expressions de

c i = ȜD T ݅ൌ ଵ e ݅ൌ ஽ൈఒವ f ݅ൌ ௔ൈ஽

2.2 DVD » puis avec le laser Blu-ray sans modifier le

? Justifier votre réponse.

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2.3 D de la radiation monochromatique d'un lecteur DVD à

partir des données expérimentales répertoriées sur la figure 2.

3. Intérêt du Blu-ray

On modélise le laser projeté sur

un " trou » de DVD par le montage de la figure 3 : # le demi- écart angulaire # L la largeur de la tache centrale de diffraction # D la distance entre le fil et l'écran

Figure 3

3.1 Etablir la relation entre les paramètres, L et D.

On supposera suffisamment petit pour considérer tan avec en radian. (Une démonstration détaillée est demandée) HH

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Décembre 2014