TP PHYSIQUE
Ondes sonores et ultrasonores
I ) Caractériser une onde sonore
Observer
la vibration de la membrane d'un haut-parleur en utilisant un GBF réglé sur une
fréquence très basse, puis élevée. Quel peut être l'effet de la membrane sur
l’air ambiant ?
Faire
apparaître sur un schéma la direction de la déformation du milieu de
propagation. L'onde sonore est-elle longitudinale ou transversale?
II ) Mesure de la vitesse de propagation d’une onde
sonore.
Compléter
le schéma en figurant le branchement électrique. Préciser la fonction du
transducteur microphone. On définit t comme la différence entre
la date de détection du clap pour le micro 2 et la date de détection du clap
pour le micro 1. De la mesure de t sur l'enregistrement et de
la distance d séparant les deux microphones, déduire la vitesse v de propagation du son dans l'air.
Donner un nom à t.
L'onde
sonore du "clap" est-elle progressive? est-elle
mécanique? est-elle périodique?
III ) Une onde sonore progressive et périodique : mesures
utilisant des ultrasons
Dire
pourquoi il est préférable d’utiliser un générateur d'ultrasons plutôt qu'un
haut-parleur.
Étude de l'onde
ultrasonore : double périodicité.
a)
Période temporelle.
Régler le générateur d’onde en mode continu (fréquence
de l’ordre de 40 kHz).
Régler le balayage de l'oscilloscope autour de 10 ms / div.
Mesurer à l'aide de l'oscilloscope la période de la
source et en déduire sa fréquence.
Évaluer de façon similaire la fréquence du son qui
se propage (celle du signal fourni par le récepteur convenablement orienté).
Comparer qualitativement les deux signaux.
L'onde ultrasonore est-elle progressive? Est elle
mécanique? Est elle périodique?
b)
Période spatiale.
Toujours en mode continu, régler convenablement le
balayage de l'oscilloscope afin d'observer les deux signaux,
émetteur-récepteur. Déplacer en translation le récepteur convenablement orienté
suivant l'axe de l'émetteur. Observer. Donner une méthode pour déterminer l avec précision.
c ) Mesure de la vitesse de propagation.
Basculer l'émetteur en mode “ salve
rapide ”.
Sans toucher au réglage du balayage, observer sur la
voie A de l'oscilloscope le signal de l'émetteur.
Le comparer au signal émis en mode continu.
Régler le balayage autour de 2 ms / div et
synchroniser le signal sur la voie A.
Observer sur la voie A l'influence du réglage du rapport cyclique sur les salves de l'émetteur et observer sur la voie B le signal du récepteur.
Proposer un mode opératoire pour mesurer la vitesse
de propagation des ultrasons à l'aide du dispositif précédent (salves ultrasonores).
Comment obtenir la meilleure mesure? Réaliser cette
mesure.
Conclusion.
Établir une relation entre v, T et
l. L’utiliser pour calculer
la célérité v des ultrasons à partir
des mesures précédentes de T et de l.
IV) Diffraction d’une onde sonore.
Il a été dit en classe de 1°S : « Une onde se propage en ligne droite » alors : Pourquoi suffit-il qu’une fenêtre soit à peine entrouverte pour que le bruit extérieur pénètre partout à l’intérieur d’une pièce ?
Expérience : réaliser le montage. E est un émetteur d’ultrasons relié à un générateur bas fréquence, R un récepteur relié à un oscilloscope permet de capter les ultrasons. Fixer la fréquence de la tension délivrée par le générateur basses fréquences à f = 40 kHz
Pour une ouverture de largeur l (qq mm à
qq cm), vérifier, en écartant le récepteur de la direction principale
D,
l’existence « d’ombre » ultrasonore confirmant la directivité des
ultrasons. Réduire l’ouverture.
Peut-on toujours confirmer la directivité des ultrasons ?
Quel est l’ordre de grandeur de l’ouverture pour lequel le phénomène de diffraction est observé ?
Essayer de tracer la tension relative u(θ)/umax = f(θ), θ en degré.
