Thierry CHAUVET Terminale S - Page 1/4 Sciences Physiques au Lycée
Classe: TS Nom-Prénom:
TP
Ph ys ique - P 02
Etude d'ondes sonores et ultra-sonores
1- Objectifs
Les objectifs de ce travail sont de:
- Reconnaître une onde longitudinale.
- Mesurer la célérité, la période temporelle et la période spatiale d'une onde.
- Connaître et utiliser la relation λ= v.T.
- Utiliser un oscilloscope et un dispositif d'acquisition informatisé.
2- Détermination de la célérité du son dans l’air
Deux micros sont espacés l’un de l’autre d’une distance d.
On émet un clap sonore et on enregistre par l’intermédiaire d'un dispositif d'acquisition informatisé, les signaux reçus par chacun des micros.
On observe un décalage temporel nommé retard entre les deux représentations graphiques.
Quel est le type d'onde qui se propage?
Mesurer la durée τ (en seconde) qui sépare les premiers pics de chaque enregistrement.
Quelle relation existe-t-il entre les grandeurs d, τ et V?
Indiquer les unités de chacune des grandeurs d, τ et V.
En déduire la célérité V des ondes sonores.
La célérité théorique du son dans l'air est donnée par la relation
V =
th.R.θ M
γ
avec γ=1,4, R=8,314SI,M=28,8.10-3kg.mol-1et θ en K.
τ
Thierry CHAUVET Terminale S - Page 2/4 Sciences Physiques au Lycée Calculer Vth pour la température du jour de l'expérience et comparer avec la valeur expérimentale V trouvée.
Quelle est l'erreur relative commise?
Conclure.
3- Etude des ondes ultra-sonores
Réaliser le montage ci-dessous où l’émetteur à ultrasons est alimenté par un générateur de tension continue de 12V.
Le signal délivré par le récepteur R1 est appliqué sur la Voie 1 de l’oscilloscope tandis que celui délivré par le récepteur R2 est appliqué sur la Voie 2.
3-1- Périodicité temporelle T
Relier l'émetteur E au boîtier d'alimentation (12V) et le mettre en marche en mode continu.
Régler la Voie 1 de l'oscilloscope de façon à faire apparaître le signal centré sur l'écran. Placer le récepteur R1 sur la graduation 0mm de la règle et le relier à la Voie 1 de l'oscilloscope.
Le récepteur R2 n'est pas utilisé.
Régler la base de temps B de l'oscilloscope et le calibre de la Voie 1 de façon à observer une sinusoïde sur 2 ou 3 périodes, avec l'amplitude la plus grande possible.
Régler l'émetteur de telle façon que le récepteur R1 capte un signal d'amplitude maximale.
On ne touchera plus au réglage de l'émetteur E par la suite.
Représenter ci-contre la courbe observée sur l'écran et la légender.
Oscilloscope - DSO
Emetteur Récepteur Récepteur Voie 1 Voie 2 12V
E R
1R
2d
Thierry CHAUVET Terminale S - Page 3/4 Sciences Physiques au Lycée Déterminer la période temporelle T du signal reçu par le récepteur R1.
En déduire la fréquence f des ondes émises et vérifier qu'elle fait bien partie du domaine des ondes ultrasonores (f >20kHz).
3-2- Périodicité spatiale λ
Relier le récepteur R2 à la Voie 2 de l'oscilloscope et régler cette voie de façon à faire apparaître le signal centré sur l'écran.
Placer les deux récepteurs R1 et R2 sur la graduation 0mm de la règle et vérifier que les ondes ultra sonores sont reçues en phase (concordance des maxima et des minima des deux signaux).
Déplacer lentement le récepteur R2 par rapport au récepteur R1. Qu'observe t-on?
Représenter ci contre les courbes observées sur l'oscilloscope et les légender.
Déplacer lentement le récepteur R2 jusqu'à ce que les ondes ultra-sonores reçues soient de nouveau en phase.
Relever la distance d1 séparant les deux récepteurs. A quoi correspond cette distance particulière?
Représenter ci contre les courbes observées sur l'oscilloscope et les légender.
Continuer à déplacer lentement le récepteur R2 jusqu'à ce que les ondes ultra-sonores reçues soient de nouveau en phase.
Relever la distance d2 séparant les deux récepteurs.
Que constate t-on?
Décaler le récepteur R2 par rapport au récepteur R1 en comptant n mises en phases consécutives.
Repérer et noter la distance d entre R1 et R2.
Thierry CHAUVET Terminale S - Page 4/4 Sciences Physiques au Lycée Compléter le tableau suivant.
En déduire la valeur moyenne de la longueur d'onde λ des ondes ultrasonores.
3-3- Détermination de la célérité 3-3-1- Première méthode
En utilisant les données obtenues précédemment et la relation liant la longueur d'onde λ et la période T des ondes ultra-sonores, calculer la célérité V des ondes ultra-sonores.
Comparer V à Vth.
3-3-2- Seconde méthode
Sélectionner les voies 1 et 2 de l'oscilloscope afin de visualiser les deux signaux.
Régler l'émetteur en mode "Salves" et les deux récepteurs R1 et R2 à égale distance de l'émetteur (d=0).
Décaler R2 par rapport à R1 d'une distance d la plus grande possible et régler la base de temps de l'oscilloscope de façon à obtenir le plus grand décalage entre les deux signaux reçus par R1 et R2.
Représenter ci-contre les courbes observées sur l'oscilloscope et les légender.
Repérer et noter la distance d entre R1 et R2.
Déduire de l'oscillogramme la durée τ séparant les deux signaux.
En déduire la valeur de la célérité V des ondes ultrasonores.
Comparer cette valeur à la précédente et à Vth.
n 5 10 15 20 30
d (mm) λ (mm)
