Partie A : onde à la
surface de l’eau
Le gerris est un insecte
qu’on peut observer sur les plans d’eaux calmes de certaines rivières. Très
léger cet insecte évolue en ramant avec ses pattes. Malgré sa discrétion, sa
présence est trahie par les ombres projetées sur le fond. Ces ombres (figure 1)
sont la conséquence de la déformation de la surface de l’eau au contact de
l’extrémité des six pattes de l’insecte. (figure 2.
a) Quel dispositif
utilisé en classe pour l’étude de la propagation des ondes à la surface de
l’eau est également basé sur la projection d’ombres ?
b) Les déplacements de
l’insecte génèrent des ondes à la surface de l’eau qui se propagent dans toutes
les directions offertes par le milieu. Le schéma (figure 3) donne une vue en coupe de l’onde créé par le
gerris à la surface de l’eau à l’instant t. O est le point source : point
de la surface ou est créé l’onde. L’onde générée par le gerris peut-elle être
qualifiée de transversale ou de longitudinale ? Justifier la réponse.
c) Un brin d’herbe flotte
à la surface de l’eau. Décrire son mouvement au passage de l’onde.
d) La surface de l’eau
est photographiée à deux instants différents. Le document suivant est à
l’échelle 1/100e (figure 4).
Calculer la célérité de l’onde.
Un petit papillon tombé à
l’eau est une proie facile pour le gerris. L’insecte prisonnier de la surface
crée en se débattant des trains d’ondes sinusoïdales. La fréquence de
battements des ailes du papillon est de 5 Hz ce qui génère des ondes de même
fréquence à la surface de l’eau (figure 5)
a) Déterminer la
longueur d’onde de l’onde émise par le papillon en utilisant l’agrandissement à
l’échelle 2 de la coupe à la surface de l’eau (figure 6).
b) Montrer que la
célérité de l’onde est de l’ordre de 4 ,4
cm.s-1.
Un train d’onde émis
par le papillon arrive sur un obstacle constitué de 2 galets émergeant de
l’eau. Voir figure 7.
a) Quel doit être
l’ordre de grandeur de la distance entre les 2 galets émergeant de l’eau pour
que le gerris placé comme l’indique la figure 7 ait des chances de détecter le
signal de détresse généré par le papillon ?
b) Quel nom donne
t-on à ce phénomène propre aux ondes ?
c) Compléter avec
le maximum de précisions la figure 7 en représentant l’allure de la forme de l’onde
après le passage de l’obstacle.
La concurrence est
rude sur le plan d’eau entre trois gerris. Les extrémités de leurs pattes
antérieures, situées près de leurs antennes (zone de détection), leur
permettent de déterminer la direction et le sens de propagation de l’onde émise
par une proie.
a) Le papillon se
débat à une distance d1 = 6 cm
du gerris n°1. L’onde générée par
le papillon a mis une seconde pour parvenir au gerris n°2. Déterminer la
distance d2 entre le papillon et le gerris n°2.
b) Déterminer la
distance d3 entre le papillon et le gerris n°3.
c) Déterminer sur
la figure n°8, la position du papillon à l’aide d’un compas.