Ph1
Étude expérimentale de la propagation des ondes
I. Ondes mécaniques à la surface de l’eau : cuve à ondes.
On laisse tomber une goutte d’eau sur la surface libre
d’une cuve à onde contenant de l’eau sur une hauteur h.
La surface de l’eau est filmée (appareil photo numérique).
A l’aide du logiciel de pointage « REGAVI » et du tableur grapheur « REGRESSI »
étudier la progression horizontale de l’onde au cours du temps.
Prendre l’origine des axes au point de chute de la goutte d’eau, centre des
cercles qui naissent et progressent.
Etalonner l’écran : 40 cm entre les 2 traits noirs.
Pour une hauteur d’eau h1 = 7 mm, les fichiers vidéo sont :
« onde1a.avi » ou « onde1b.avi » ou « onde1c.avi ».
(fichier :
onde1.zip)
Pour une hauteur
d’eau h2 = 14 mm, les fichiers vidéo sont : « onde2a.avi » ou
« onde2b.avi » ou « onde2c.avi ».(fichiers :
onde2.zip)
Schématiser l’expérience. Tracer puis modéliser les
courbes x = f(t).
Relever les
paramètres de la modélisation.
II. Ondes mécaniques : échelle de perroquet.
On communique en bas d’une échelle de perroquet
(barreaux espacés de 5 cm) une perturbation qui se propage alors vers le
haut de l’échelle, dans deux cas : les barreaux sont longs (inertie plus
importante), les barreaux sont courts (inertie plus faible).
Proposer un protocole permettant de déterminer avec les enregistrements
vidéo
echelle1.zip
(barreaux longs), et
echelle2.zip
(barreaux courts) la célérité de cette onde le long de l’échelle.
Données :
les barreaux sont espacés de 5,0 cm.
Indiquer la méthode utilisée et les résultats des mesures.
Dans quel cas
(grande ou petite longueur des barreaux) la célérité de l’onde est-elle la plus
grande ?
L’inertie du milieu a-t-elle une
influence sur la célérité de l’onde mécanique dans ce milieu ?
III. Onde sonore.
A l’aide d’un claquoir on provoque un bref signal
sonore près d’un micro n°1, dans l’axe micro1 – micro2.
Un oscilloscope
numérique enregistre les signaux électriques délivrés par ces 2 micros.
Ci-dessous un exemple d’oscillogramme pour d =
1m
|
Analyser cet oscillogramme.
Comment le comprenez-vous ? Déterminer la célérité du son dans les conditions de l’expérience.
|
 |
Pour apprendre à utiliser REGAVI.
http://www.intellego.fr/soutien-scolaire-Niveau-Lycee/aide-scolaire-Physique/PETIT-TUTORIEL-ANIME-DU-LOGICIEL-Regavi/22071
Màj. 2008 document Word
TP-ondes-mécaniques
Ph
4Détermination expérimentale de la célérité des ultrasons dans l’air.
I - Mesure de la célérité des ultrasons dans l'air par la mesure d'un retard.
Régler
le générateur de tension continue sur la valeur 15 V.
Alimenter l'émetteur d'ultrasons par le générateur précédent et positionner le
commutateur de l'émetteur sur «Salves courtes».
Relier la « sortie signal » de l’émetteur à la voie A de l’oscilloscope.
Alimenter l'émetteur d'ultrasons par le générateur basse fréquence délivrant un
signal carré, de fréquence voisine de 100 Hz.
Relier le GBF à la voie A de l’oscilloscope.
Relier
le récepteur à la voie B de l’oscilloscope bicourbe.
Positionner le récepteur face à l'émetteur.
Régler l'oscilloscope afin d'obtenir à l'écran le signal d’émission des salves
par l’émetteur et le signal de réception par le récepteur. Synchroniser sur la
voie A.
Déplacer le récepteur d'une distance d suffisamment grande pour pouvoir mesurer
avec précision la valeur du déplacement du signal reçu (Dt
= retard de réception par rapport à la position de départ) : par exemple si le
balayage est de 0,1 ms par division rechercher de combien il faut déplacer le
récepteur pour que le signal reçu se décale de 1 div. par rapport à la position
initiale pour laquelle d = 0.
Organiser le dispositif afin de réaliser les mesures les plus précises
possibles.
Schématiser le montage ci-dessus.
Regrouper vos mesures dans un tableau.
Tracer la courbe
représentative des variations de d en fonction de
Dt.
En déduire la célérité des ondes ultrasonores dans l'air.
II - Mesure de la célérité des ultrasons dans l'air par la mesure d'une longueur d'onde.
Positionner le commutateur
de l'émetteur sur le mode « Continu ».
Relier la « sortie
signal » de l’émetteur à la voie A de l’oscilloscope.
Alimenter l'émetteur d'ultrasons par le générateur basse fréquence délivrant un
signal sinusoïdal, de fréquence voisine de 40 kHz.
Relier le GBF à la voie A de l’oscilloscope.
Placer de nouveau le
récepteur en face de l'émetteur.
Relier le récepteur à la voie B de l’oscilloscope bicourbe.
Ajuster la fréquence (bouton sur émetteur ou GBF) pour que le signal reçu ait
l’amplitude la plus grande. Mesurer la période et en déduire la fréquence
des ultrasons.
L'émetteur étant fixe, lorsqu'on éloigne le récepteur de l’émetteur, dans la
direction émetteur-récepteur, la sinusoïde se décale. Sans tenir compte de
l'amplitude qui décroît pour le récepteur, la sinusoïde du signal reçu reprend
la même position à chaque fois que la distance augmente d’un multiple entier de
la longueur d'onde des ultrasons dans l'air (signaux en phase).
Proposer, un protocole
permettant de déterminer expérimentalement et de la meilleure façon la
longueur d'onde des ultrasons.
Mettre en œuvre le protocole.
En déduire la célérité des
ondes ultrasonores dans l'air.
Comparer cette valeur à celle du son dans l’air.
L’air est-il un milieu dispersif pour les ondes sonores ?
Philippe Girondeau
>> voir aussi ondoscope