Annale corrigée Exercice

Sous-marin : quels signaux pour communiquer ?

Amérique du Sud • Novembre 2018

Sous-marin : quels signaux pour communiquer ?

30 min

25 points

Intérêt du sujet • Isolés mais contraints à des travaux précis, les membres de l'équipage d'un sous-marin utilisent toutes sortes de signaux pour communiquer.

 

La communication à bord d'un sous-marin

Dans un sous-marin en plongée, les membres de l'équipage ne perçoivent pas la lumière du jour, parfois pendant plusieurs semaines. Pour éviter le dérèglement de leur horloge biologique, des lampes indiquent l'alternance jour-nuit. Lorsqu'il fait jour à la surface, la lumière est blanche ; lorsqu'il fait nuit à la surface, la lumière est rouge.

En cas d'incendie à bord, une sirène retentit.

La communication vers l'extérieur d'un sous-marin

Pour communiquer vers l'extérieur depuis un sous-marin en plongée, on peut utiliser une bouée « antenne » reliée au sous-marin par un câble électrique. Cette bouée émet et reçoit des signaux radio.

Par ailleurs, l'utilisation d'un sonar permet de faire des mesures et de recueillir des informations sur la nature des obstacles rencontrés. Le sonar émet un signal sonore dont la fréquence s'élève à plusieurs centaines de kilohertz. Ce signal se propage jusqu'à un obstacle, est réfléchi par cet obstacle puis revient jusqu'au sonar.

document 1 Échelle des fréquences sonores

sci3_1811_03_00C_02

document 2 Les moyens de communication depuis un sous-marin

Les échelles ne sont pas respectées.

Sci3_1811_03_00C_01

1. Indiquer la nature des deux types de signaux utilisés pour la communication à bord d'un sous-marin et cités dans le texte d'introduction.

▶ 2. Préciser l'information transmise par chacun de ces signaux.

▶ 3. Parmi les propositions suivantes, identifier celles qui sont exactes.

Ne pas recopier les propositions choisies mais indiquer uniquement les lettres correspondantes sur la copie.

a) Le sous-marin et la bouée communiquent entre eux par signal radio.

b) Le sous-marin et la bouée communiquent entre eux par signal électrique.

c) La bouée et le satellite communiquent entre eux par signal sonore.

d) La bouée et le satellite communiquent entre eux par signal radio.

e) Le bateau et le sous-marin communiquent entre eux par signal électrique.

▶ 4. Le sonar du sous-marin émet-il des sons audibles ? Justifier la réponse.

document 3 Écran de visualisation des signaux émis et reçus par le sonar

sci3_1811_03_00C_03

▶ 5. Un sous-marin en expédition pour cartographier les fonds marins se trouve à 300 m sous la surface de l'océan. Les scientifiques utilisent le sonar pour connaître la profondeur du fond océanique dans la zone où se trouve le sous-marin.

En exploitant le document 3, calculer la profondeur du fond océanique.

Donnée : vitesse du son dans l'eau de mer : v = 1 500 m/s.

 

Les clés du sujet

Comprendre les documents

Tableau de 3 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 3 lignes ;Ligne 1 : Document 1 •Échelle des fréquences sonores; Ce document présente une échelle des fréquences sonores déjà vue en classe.Note qu'Il montre le domaine de l'audibilité des sons pour l'oreille humaine.; Ligne 2 : Document 2 •Les moyens de communication depuis un sous-marin; C'est un schéma très complet des moyens de communication que l'on peut utiliser dans un sous-marin. Il est précédé par un long texte qui énumère et explique ces moyens.Lis bien ce texte et souligne les informations importantes.; Ligne 3 : Document 3 •Écran de visualisation des signaux émis et reçus par le sonar; Il s'agit de l'écran d'un oscilloscope faisant apparaître un signal émis, et le même signal reçu à nouveau après sa réflexion sur le fond marin.Lis le temps en secondes sur l'axe horizontal à l'aide des carreaux.;

Répondre aux questions

5. Cette question se présente comme un problème à résoudre. N'oublie­ pas que tu cherches une distance. Le document 3 te permettra de déterminer le temps entre l'émission et la réception du signal.

▶ 1. Les signaux utilisés à bord du sous-marin sont lumineux ou sonores.

▶ 2. Le signal lumineux informe s'il fait jour ou nuit et le signal sonore informe s'il y a un incendie.

▶ 3. Les propositions exactes sont la b) et la d).

b) Le sous-marin et la bouée communiquent entre eux par signal électrique.

d) La bouée et le satellite communiquent entre eux par signal radio.

▶ 4. Le sonar envoie des sons d'une fréquence de plusieurs centaines de kHz : 100 kHz > 20 000 Hz

Il émet donc des ultrasons inaudibles à l'oreille humaine.

▶ 5. Dans un premier temps, on cherche la distance du fond de l'océan au sous-marin, que l'on appelle d. La vitesse des ultrasons utilisés pour cette cartographie est v = 1 500 m/s. Il suffit de lire le temps t que met ce signal pour aller du sous-marin jusqu'au fond océanique. On utilisera ensuite la relation v=dt.

info +

N'oublie pas que le signal du sonar part de l'émetteur, puis revient vers le récepteur.

Calcul de t : le temps mesuré sur l'écran est le temps d'un aller-retour, soit 2t. Le document 3 montre que les deux pics sont distants de 5,6 carreaux. À chaque carreau correspond 0,1 s.

2t = 5,6 × 0,1 = 0,56 s

t=0,562=0,28 s

Calcul de d : on sait que d=v×t. 

d = 1 500 × 0,28 = 420 m.

Calcul de la profondeur du fond océanique p : on sait que le sous-marin se trouve 300 m sous la surface de l'océan, donc : p = d + 300 = 720 m.

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