Chapitre 4 : produire des sons, écouter
Guitare et Physique (bac Inde 2004) corrigé
Un élève musicien se propose de réaliser
quelques expériences avec sa guitare (parfaitement
accordée). La guitare possède six cordes
numérotées de 1 à 6, de longueur L = 642 mm. Le
joueur a la possibilité de réduire la
longueur de la corde en appuyant sur des cases situées sur
le manche de la guitare.
Schéma du manche de la guitare
La fréquence de vibration et la note émise
par chaque corde à vide, de longueur L = 642 mm,
sont indiquées dans le tableau suivant :
|
corde |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
f(Hz) |
82,4 |
110,0 |
146,8 |
196,0 |
246,9 |
329,5 |
|
note |
Mi |
La |
Ré |
Sol |
Si |
Mi |
1. Expérience 1
L'élève réalise un
montage consistant à placer la corde n°1 (métallique) au voisinage d'un
aimant et d'y imposer le passage d'un
courant électrique alternatif de fréquence réglable. La corde vibre alors à la
même fréquence que celle du courant. Il constate que le mouvement de la corde a
une faible amplitude sauf pour certaines valeurs de la fréquence : f1 = 82,4
Hz, f2 = 2 f1, f3 = 3 f1, f4 = 4 f1 , ...
Ces fréquences particulières permettent
d'obtenir un système d'ondes stationnaires : suivant le cas, il observe un ou
plusieurs fuseaux.
Q1
a) Quel est le nom du mode de vibration
correspondant à f1 ?
b) Quel aspect présente la corde lorsqu'on
lui impose cette fréquence de vibration ? Faire un schéma.
c) Quelle relation lie la longueur L de
la corde à la fréquence f1 et à la célérité v des ondes mécaniques le long de
cette corde ? Déterminer la célérité v.
d) Quel est le nom des autres modes de
vibration ?Quel aspect présente la corde lorsqu'on lui impose la fréquence f3 ?
Faire un schéma.
2. Expérience 2
Q2
L'élève pince la corde n°3 et visualise, à
l'aide d'un microphone et d'un oscilloscope à mémoire, une tension électrique
de même fréquence de vibration que celle de la corde.Les réglages de
l'oscilloscope sont :
_ base de temps : Sh = 2 ms/div
_ sensibilité verticale : Sv =
200 mV/div
L'oscillogramme obtenu est représenté
ci-contre.
Oscillogramme "corde n°3"
a) Expliquer la nécessité d'utiliser un
oscilloscope à mémoire.
b) Déterminer la période de vibration.
c)
Vérifier qu'elle correspond à un bon accord de la corde.
3. Expérience 3
La corde 2 émet un La (voir tableau
précédent). Il en est de même de la corde 6 lorsqu'on appuie sur la 5ème case
(La de fréquence 440 Hz).
Q3
a)
Les deux notes sont séparées de deux octaves. définir l'octave.
b) L'élève dispose par ailleurs d'un
diapason émetteur d'un son pur de fréquence 440 Hz. Il réalise les spectres en
fréquence, représentés en annexe, des sons émis par ces trois émetteurs :
son 1 (corde 2) son 2 (corde 6 de longueur
réduite par appui sur la case 5) son 3 (diapason).
Attribuer, en le justifiant, à chaque
émetteur le spectre en fréquence du son correspondant.
c) Les trois correspondent à des La, mais
sont néanmoins différents. Quelles sont les trois principales caractéristiques
d'un son ?
Quelle caractéristique distingue les sons 1
et 2 ?
Quelle caractéristique distingue les sons 2
et 3 ?
Annexe
