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TP de Physique n°2 : Mesure de la vitesse du son dans l’air
différentes de la vitesse du son mesurées par les 12 binômes) la meilleure estimation possible de x est la valeur moyenne : € x = 1 N x i i=1 N ? Ensuite pour déterminer l’incertitude associée à la valeur de x on calcule d’abord l’écart type expérimental (qui traduit la dispersion entre les différentes mesures) : € s(x
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Comment fonctionne un oscilloscope numérique ?
Un oscilloscope numérique. Un émetteur d’ultrasons sinusoïdaux, qui doit être alimenté par une tension continue de 15V. Un bouton sur l’émetteur permet de régler la fréquence des ultrasons émis autour de 40 kHz. Sur le boîtier de l’émetteur, on peut choisir soit une émission continue d’ultrasons, soit une émission par salves.
Quelle est la vitesse de propagation du son ?
La vitesse de propagation (ou célérité) du son est indépendante de sa nature ou de la source émettrice mais dépend du milieu de propagation. Dans l'air, la vitesse du son est de 340 m.s -1. Dans les milieux plus denses, elle est plus importante. La vitesse du son est d'environ 1 500 m.s -1 dans l'eau et de 6 000 m.s -1 dans l'acier.
Comment mesurer la vitesse du son ?
La vitesse du son est d'environ 1 500 m.s -1 dans l'eau et de 6 000 m.s -1 dans l'acier. Pour mesurer la vitesse du son, on peut visualiser sur un ordinateur ou un oscilloscope la durée qui sépare la réception d'un signal sonore par deux récepteurs placés à des distances différentes de l'émetteur :
Comment synchroniser un oscilloscope ?
Vous pouvez aussi choisir une source « externe » mais dans ce cas là, il faut envoyer un signal de synchronisation sur la prise « EXT » en bas de l’oscilloscope ensuite, essayez de jouer sur le « niveau » de déclenchement (bouton « level » en anglais) : tournez ce bouton jusqu’à ce que la trace se stabilise.
Première
1 e spé Thème : Ondes et signaux TP physiqueMesure de la célérité d'un son
Durée:1h30
Notions et
contenus - Célérité d'une onde - Retard - Incertitude-type. - Écriture du résultat. Valeur de référence.Capacités
exigibles et activités expérimentales support - Exploiter la relation entre la durée de propagation, la distance parcourue par une perturbation et la célérité́, notamment pour localiser une source d'onde. - Déterminer, par exemple à l'aide d'un microcontrôleur ou d'un smartphone, une distance ou la célérité́ d'une onde. - Définir qualitativement une incertitude-type. - Procéder à l'évaluation d'une incertitude-type par une approche statistique (évaluation de type A). - Procéder à l'évaluation d'une incertitude-type par une autre approche que statistique (évaluation de type B). - Écrire, avec un nombre adapté de chiffres significatifs, le résultat d'une mesure. - Comparer qualitativement un résultat à une valeur de référence.Prérequis
Seconde - Mesures et incertitudes-Ondes et signaux - Expliquer qualitativement la signification d'une incertitude-type et l'évaluer par une approche statistique. - Écrire, avec un nombre adapté de chiffres significatifs, le résultat d'une mesure - Comparer qualitativement un résultat à une valeur de référence. - Citer une valeur approchée de la vitesse de propagation d'un signal sonore dans l'air et la comparer à d'autres valeurs de vitesses couramment rencontrées. - Mesurer la vitesse d'un signal sonore.Description
succincteMesurer la vitesse d'une onde sonore :
-avec un oscilloscope(ou tout autre logiciel d'acquisition) - via l'application Phyphox.Compétences
travailléesREA Suivre un protocole
VAL Estimer l'incertitude d'une mesure ou d'une série de mesure VAL Vérifier la cohérence des résultats obtenus avec ceux attendus COM Rendre compte de façon écrite(phrase complète et structurée)AUTO Travailler efficacement en équipe
Mise en oeuvre
Séance de TP de 1h30 réalisée en binômeSources
Première
1 e spé Thème : Ondes et signaux TP physiqueMesure de la célérité d'un son
Durée:1h30
OBJECTIF : mesurer la vitesse d'une onde sonore et déterminer l'incertitude de mesureCompétences REA ANA VAL COM AUTO
Mettre en oeuvre
un protocoleAnalyser un
résultat numérique travailler en autonomieMatériel
Deux smartphones
(ou tablettes)App PHYPHOX Un décamètre
Documents
A. Mesure avec un oscilloscope (ou tout autre logiciel d'acquisition) (TP classique)B. Mesure avec PHYPHOX
Protocole expérimental
1. Placer les deux smartphones à une distance d l'un de l'autre, mesurée précisément avec un
décamètre.2. Ouvrir l'application PHYPHOX sur chaque smartphone et aller dans le module " chronomètre
sonore ».3. Mettre les chronomètres à zéro.
4. Démarrer l'expérience en appuyant sur le triangle.
d = 4mPremière
5. Ajuster le bruit de fond (" threshold » ou " seuil »). Si le chronomètre ne se met pas en
route, le bruit de fond est bien calibré. Au contraire, s'il se déclenche, augmenter la valeur du bruit de fond jusqu'à ce qu'il ne se déclenche plus.6. L'élève 1 tape dans ses mains, tout près du smartphone S
1 , ce qui déclenche les deux chronomètres l'un après l'autre.7. Dès que le chronomètre situé près du smartphone S
2 se déclenche, l'élève 2 tape dans ses mains pour arrêter les chronomètres.8. Relever les temps t
S1 et t S29. Recommencer l'expérience plusieurs fois et noter les résultats dans le tableau ci-dessous
10. Arrêter l'expérience.
(pour avoir d'autres options, sélectionner le menu à 3 points, situé en haut à droite)Résultats
1. Que représente la différence de temps Δt ?
2. Exprime la célérité du son c, en fonction de Δt et d.
3. Compléter le tableau suivant :
d en m 4 4 4 4 4 t S1 t S2 t= t S1 - t S2 v4. En déduire la valeur de la célérité du son, en calculant la moyenne ̅ des 5 mesures prises.
Exploitations
5. Calculer l'écart-type correspondant à la dispersion des 5 mesures.
6. Calculer l'incertitude-type U (v).
7. Exprimer le résultat de votre mesure sous la forme : v = ̅ ± U(v).
8. La valeur théorique de la vitesse de propagation d'une onde sonore dans l'air se trouve-t-
elle dans votre encadrement ?9. De quel type peuvent être les erreurs de mesure ?
Première
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