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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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La valeur de la vitesse du son dans l’air dépend de la température de l’air Ainsi la relation entre la valeur de la vitesse v du son et la température q est v(q)=v(0°C)×?1+ q 273 avec v(0 °C) = 331 m·s-1 On enregistre sur un oscilloscope numérique la propagation d’un son entre deux microphones A et B séparés d’une
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.
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DÉTERMINATION DE LA CÉLÉRITÉ DU SON
Objectifs
- Utiliser un dispositif d'acquisition par ordinateur pour déterminer, lors de la propagation d'un
" clap » sonore, la célérité du son dans l'air.- Utiliser un oscilloscope pour déterminer lors de la propagation d'une salve d'ultrasons la célérité du
son. I. Mesure de la célérité d'une onde sonore1. Expérience.
Trois microphones M
0 , M 1 et M 2 sont reliés respectivement entre les entrées EA 0 , EA 1 et EA 2 de la carte d'acquisition et la masse.Les micros M
1 et M2 sont distants de d = 1,000 m
On se place dans l'alignement des trois microphones et l'on produit un "clap» sonore au niveau du micro
M 0A l'instant où le micro M
0 capte l'onde sonore il déclenche l'acquisition.On visualise alors sur l'écran de l'ordinateur les variations des tensions aux bornes des micros M
1 (courbeEA1) et M2
(courbe EA2).On imprime les courbes obtenues.
2. Exploitation.
a) Repérer sur le graphe la durée séparant la détection du " clap » par le micro 2 de la détection du " clap » par le micro 1. b) Noter la valeur de c) A partir de la mesure de et de la distance d séparant les deux microphones M 1 et M 2 , exprimer puis déterminer la célérité v de l'onde sonore dans l'air ambiant.d) L'onde sonore crée par le " clap » est-elle mécanique ? progressive ? périodique ? Justifier.
e) Dans une encyclopédie, on peut lire : " un transducteur est un dispositif qui transforme une grandeur
physique en une autre grandeur physique, fonction de la précédente ». Le microphone est un transducteur
électromécanique. Justifier cette affirmation. Clap !! M 0 M 1 M 2 dRègle graduée.
II. Mesure de la célérité des ultrasons.
Les ultrasons sont des ondes sonores particulières, inaudibles par l'être humain.1. Expérience.
Disposer l'émetteur et les deux récepteurs sur les rails : l'émetteur dans son logement de gauche, les récepteurs
A et B dans les glissières, positionnés en face des zéros des graduations. Les deux récepteurs sont donc au départ
à la même distance de l'émetteur.
Relier l'émetteur à l'alimentation et les récepteurs A et B aux voies 1 et 2 de l'oscilloscope.
Mettre le bouton Marche/Arrêt de l'émetteur dans la position Marche et le bouton Continu/Salve sur Salve.
Allumer l'oscilloscope. Régler le balayage sur 2 ms/div et la sensibilité verticale de chaque voie sur 500 mV/div.
Ajuster le bouton de réglage de la fréquence de l'émetteur pour obtenir, sur l'écran de l'oscilloscope, le
maximum d'amplitude des salves captées par les deux récepteurs.2. Exploitation
a) Déplacer le récepteur B vers la droite. Noter vos observations.b) En vous aidant de l'expérience du paragraphe I. et en utilisant le dispositif précédent, proposer un mode
opératoire pour déterminer la célérité des ultrasons dans l'air. Faire un schéma explicatif.
c) Après l'accord de votre professeur, mettre en oeuvre ce protocole (régler le balayage de l'oscilloscope sur
1ms/div.).
d) Pourquoi est-il préférable d'utiliser un générateur d'ultrasons plutôt qu'un haut-parleur ?
III. Comparaison des deux méthodes.
La célérité du son et des ultrasons dans l'air vaut 330 m.s -1 à 0°C. Cette valeur est proportionnelle à la racine carrée de la température absolue T de l'air.Relever la température de la salle de travaux pratiques et calculer la valeur théorique de la célérité du son dans
l'air.Calculer l'erreur relative commise avec chacune des deux méthodes. Laquelle de ces deux méthode parait- elle
la plus précise ? Liste de matériel : Détermination de la célérité du sonProfesseur
3 micros
Ordinateur portable et vidéo.
Dispositif pour clap
Grand réglet
Mètres à ruban
Imprimante sur poste 1.
Clé USB.
Elèves
Emetteur ultrasons + alimentation ± 15 V
2 Récepteur ultrasons.
Rails.
Oscilloscope différentiel.
2 cordons 1 m rouge et noir.
4 cordons de l'oscillo (2 rouges, 2 noirs).
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