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TP Physique 1

Ondes ultrasonores

1 Comment mesurer un retard à l"oscilloscope?

ObjectifMesurer un retard à l'oscilloscope, pour différentes positions du récepteur R, et en déduire la célérité des ultrasons dans l'air.

2 Comment mesurer directement la célérité des ultrasons?

ObjectifEffectuer une mesure directe de la vitesse de propagation des ultrasons, entre deux récepteursR1. etR2.

3 Travail à réaliser

PrincipeUne salve d"ultrasons est une perturbation sonore, de fréquence 40 kHz. Les ultrasons sont émis par un émetteur E et détéctés par un (ou plusieurs) ré- cepteur R, qui délivre une tension proportionnelle au déplacement des tranches d"air mises en mouvement lors de la propagation de l"onde.

Mesures pour chaque montage

•Effectuer les branchements, générateur en mode ?????, oscilloscope en mode balayage. •Régler l"oscilloscope afin d"obtenir une ou deuxsalves sur chacune des voies. •Déterminer le décalage temporelτentre ledébutde deux salves (attention, quelle manipulation faut-il faireavant?). •Mesurer la distanced. •Recommencer avec différentes valeurs de la distance d.

Sur le compte-rendu

a.Donnerl"expressionpermettantdedéterminerla vi- tesse des ultrasons. b.Calculer les vitesses, les regrouper dans un tableau avec les mesures. c.Donnerles caractéristiques d"une onde ultrasonore : •onde longitudinale ou transversale; •nature de la perturbation; •influence du milieu.

Mesure d"un retard à l"oscilloscope

Célérité des ultrasons dans l"air

1 Matériel

Pour chaque groupe d"élève

•Générateur fournissant des impulsions (générateurde salve Électrome) •Générateur continu Jeulin pour alimenter le généra-teur de salve •1 émetteur ultrasonore •2 récepteurs •Oscilloscope & fils de connexion •1 règle graduée Au bureauOn pourra compléter par la mesure d"un retard dans la réception d"un " clap », à l"oscillo à mé- moire. Voir page suivante pour le principe.

2 Réglages

Alimentation Jeulin sur 12 V en continu;

Générateur de salve Électrome sur Rapide, rapport cy- clique au milieu, sortie sur les deux bornes jaunes mar- quées 40 kHz; Brancher l"émétteur E40DS.2 sur la sortie 40 kHz du générateur de salve et sur la voie YA, et le récepteur R40DS.2 (avec curseur côté gauche) sur la voie YB. Oscilloscope Didascope Métrix OX 72 en mode DUAL, voie YA sur 5 V par division et courant direct, voie YB sur 1 V par division et courant direct, déclenchement Auto et sur courbe montante, et enfin base de temps sur 2 ms par division.

3 Mesure de la durée du parcours Émetteur-Récepteur

Coller l"émetteur et le récepteur afin de constater la superposition des salves; au cas où elles ne se super- posent pas, jouer sur le réglage du rapport cyclique et/ou sur le déclenchement de l"oscilloscope, en tour- nant le curseur NIVEAU. On peut faire varier le rapport cyclique, en particulier le mettre au maximum et observer avec une base de temps de 5μs par division. Une fois revenu à 2 ms par division et à un rapport cyclique assez élevé, dilater la base de temps jusqu"à

0,5 ms par division, et faire apparaître le début des

salves avec le bouton de position horizontale. Éven- tuellement, augmenter la sensibilité de la voie YB à

0,1 V par division. Mener des mesures.

d(cm)Δt(ms) 00 50,1
100,2
401,1
Calcul de la célérité à partir de la dernière mesure : v=d

Δt=40·10-21,1·10-3=364 m.s-1

4 Mesure du retard entre deux récepteurs

Brancher maintenant deux récepteurs à l"oscilloscope. cepteurs le sont; à défaut, réduire le rapport cyclique, choisir 2 ms par division pourla base de temps,1 V par division pour les sensibilités et jouer sur le NIVEAU jusqu"à alignement.

Procéder comme ci-dessus.

d(cm)Δt(ms) 401,1

Mesure d"une durée de propagation

Vitesse du son dans l"air

1 Réglages de l"oscillo à mémoire Métrix OX 8050

Brancher deux micros à piles sur les deux voies. Atten- tion, certains micros ont des faux contacts! Régler en mode ALT, chaque voie sur AC et 50 mV par division. Régler la base de temps sur AC et 1 ms par division, déclenchement P-P (crète à crète) sur CH1. Avec ce ré- glage, et les boutons LEVEL et VAR au minimum, le déclenchement est garanti quelque soit l"amplitude en entrée — dès le moindre son, il y a déclenchement.

Appuyer sur la touche DIGITAL pour passer en mode

oscilloscope numérique. Utiliser la touche RUN/STOP pour déclencher ou figer l"écran.

2 Enregistrement d"un " clap »

Pour faire le clap, une simple pince en bois (pour tubes à essais) convient. Appuyer sur RUN/STOP dès que l"on a deux traces aux fronts bien visibles. Appuyer sur CURSOR pour faire apparaître les réti- ser à un second réticule en enfonçant ce même bouton. Au bas à gauche de l"écran, apparaît la mesureΔt(1).

3 Résultat d"une mesure

Pourd=85cmd"écartentrelesdeuxmicros, onobtient

une duréeΔt=2,44 ms. v=d

Δt=0,852,44·10-3=348 m.s-1

On constate un excellent accord avec les valeurs tabu- lées.quotesdbs_dbs31.pdfusesText_37

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