Quiz Ondes, son et optique : Doppler, réfraction, lasers
Explore les ondes : longueur d'onde, effet Doppler, réfraction, lasers, spectre lumineux. Onze questions vérifiées avec explications physiques claires.
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Quelle est la vitesse approximative du son dans l'air à 20 °C ?
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Q1. Quelle est la vitesse approximative du son dans l'air à 20 °C ?
- 340 m/s
- 1 500 m/s
- 5 000 m/s
- 300 000 km/s
Le son se propage à environ 343 m/s dans l'air sec à 20 °C. Il est plus rapide dans l'eau (≈ 1 480 m/s) et dans l'acier (≈ 5 000 m/s), car les milieux denses transmettent mieux les vibrations.Q2. Qu'est-ce que la longueur d'onde ?
- La durée d'un cycle
- La distance entre deux crêtes consécutives
- L'amplitude d'une vibration
- La vitesse de l'onde
La longueur d'onde (λ) est la distance entre deux points identiques d'une onde, par exemple deux crêtes. Elle est liée à la fréquence f par v = λ × f.Q3. Quel phénomène explique le changement de fréquence perçue quand une ambulance s'approche puis s'éloigne ?
- La diffraction
- La réfraction
- L'effet Doppler
- L'interférence
L'effet Doppler, décrit par Christian Doppler en 1842, augmente la fréquence perçue quand la source approche et la diminue quand elle s'éloigne. Il s'applique aussi à la lumière (décalage vers le rouge).Q4. Que fait la lumière en passant d'un milieu à un autre (eau, verre) ?
- Elle accélère toujours
- Elle se réfracte (change de direction)
- Elle disparaît
- Elle reste rectiligne
La réfraction courbe les rayons à l'interface. Snell-Descartes décrit ce phénomène : n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂. C'est pourquoi un objet plongé dans l'eau paraît brisé.Q5. Quelle gamme de longueurs d'onde correspond à la lumière visible ?
- 10 à 100 nm
- Environ 380 à 780 nm
- 1 à 10 µm
- 1 à 100 mm
L'œil humain perçoit les longueurs d'onde entre environ 380 nm (violet) et 780 nm (rouge). En dessous, c'est l'ultraviolet ; au-dessus, l'infrarouge.Q6. Que signifie l'acronyme LASER ?
- Light And Spectral Energy Radiation
- Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
- Linear Amplified Stable Emission Ray
- Luminous Atomic Spectral Energy Reactor
LASER signifie Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Théorisé par Einstein en 1917, le premier laser fonctionnel a été construit par Maiman en 1960.Q7. Quelle unité mesure l'intensité sonore perçue ?
- Le hertz
- Le décibel
- Le watt
- Le pascal
Le décibel (dB) mesure le niveau sonore sur une échelle logarithmique. Une conversation = 60 dB, un concert ≈ 110 dB, le seuil de douleur ≈ 120 dB.Q8. Quel phénomène explique les couleurs de l'arc-en-ciel ?
- La diffraction
- La dispersion par les gouttes d'eau
- La fluorescence
- L'absorption sélective
Les gouttes d'eau dispersent la lumière blanche en ses composantes spectrales, chaque longueur d'onde étant réfractée d'un angle légèrement différent. Newton l'a démontré avec un prisme en 1666.Q9. Quel domaine du spectre électromagnétique a les longueurs d'onde les plus courtes ?
- Les ondes radio
- L'infrarouge
- Le visible
- Les rayons gamma
Les rayons gamma ont des longueurs d'onde inférieures à 10⁻¹² m, soit moins qu'un atome. Très énergétiques, ils sont produits par les noyaux radioactifs et les phénomènes astrophysiques violents.Q10. Quelle fréquence correspond à un son à la limite supérieure de l'audition humaine ?
- Environ 200 Hz
- Environ 2 000 Hz
- Environ 20 000 Hz
- Environ 200 000 Hz
L'oreille humaine entend de 20 Hz à environ 20 000 Hz (20 kHz). Avec l'âge, la limite supérieure diminue. Au-delà, ce sont les ultrasons, perçus par chiens et chauves-souris.Q11. Que démontre l'expérience des fentes de Young ?
- La nature ondulatoire de la lumière
- La gravitation universelle
- La conservation de l'énergie
- L'effet photoélectrique
En 1801, Thomas Young a fait passer de la lumière par deux fentes étroites, observant des franges d'interférence. C'est la preuve historique du caractère ondulatoire de la lumière.
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